淺談LED開路保護器的防護效用
高功率LED越來越多地被應用于交通燈、發(fā)光看板、街燈、機場跑道、鐵路道口、醫(yī)療／手術照明和行車信號中。它們的使用壽命長(高功率白光LED通常具有35,000到50,000小時的壽命)，功耗低。但是，LED也會因雷擊、靜電放電(ESD)導致的過電壓、過熱、甚至是電源反接而造成損壞。
因為LED通常串聯(lián)在燈串中，如果燈串中一個LED因故障開路，串中的所有LED都會熄滅。LittELfuse提供LED開路保護器。保護器可以與燈串中的每個LED并聯(lián)，它可以旁路發(fā)生開路故障的LED，以保持燈串的其余部分繼續(xù)工作。當電路中發(fā)生過電壓并導致燈串中發(fā)生過電流時，或者在電極接反時，保護器同樣會作用。
當一個LED出現(xiàn)開路故障，LED開路保護器就會開始導通，限制其電壓降到1.3V，并保持串聯(lián)中剩余部分繼續(xù)工作。
設計人員為了做到這一點，嘗試了許多器件，如齊納二極管、金屬氧化物壓敏電阻和可控矽整流器，但都不及LED開路保護器，因為LED開路保護器是專為這種應用而設計的。如圖1所示，當一個LED出現(xiàn)開路故障，LED開路保護器傳感到這一電壓上升，并開始導通，限制其壓降至1.3V左右，以保持燈串的其余部分正常工作。
LED開路保護器具有不同的特性和額定電壓可選。某些保護器被設計成保護燈串中的單個LED；其他的可以允許設計人員用一個單一的器件保護兩個、三個、四個或者五個LED，以節(jié)約成本。Littelfuse新一代的LED開路保護器，可以同時提供ESD保護。
ESD和雷擊保護
ESD在組裝或現(xiàn)場安裝時能進入到LED燈串中。雷電可以通過兩種方式進入到LED燈串：附近的雷擊可能會在電源中造成瞬變，可以耦合至LED驅動器并進入燈串；或者附近的雷擊可能在LED驅動器供電軌上，也可能在接到LED燈串的線路上造成電氣瞬變。
新一代的LED開路保護器，如Littlefuse PLED 5系列，可以應對在±15kV空氣放電、±8kV接觸放電的ESD事件，以及±40A 5/50 ns的EFT事件(快速脈沖群)。
極性反接保護
當一個裝有PLED5的LED燈串被反向通上電源時，所有保護器都會開始導通，將這些被保護的LED上的電流分流以保護它們不受傷害。在反向電極糾正之后，保護器會關閉，LED正常工作。
LED的調光可以進一步提高LED的節(jié)能效果，而LED的可控硅調光具有易于實現(xiàn)和使用方便等一系列優(yōu)點，下面介紹LED可控硅調光控制的工作原理、特點和應用時需注意的有關問題。
1、LED市場與技術進展
由于白熾燈的發(fā)光效率低，所以世界各國政府紛紛制定了如圖1所示淘汰白熾燈的時刻表，而LED的發(fā)光效率高和工作壽命長的一系列優(yōu)點使LED照明得到了廣泛的應用，LED的性能和發(fā)光效率不斷提升，LED有關技術指標進展預測如表
2 照明調光
調光具有節(jié)能的優(yōu)點，照明調光在應用中有很好的市場，相對白熾燈/氣體放電燈，LED的調光節(jié)能效果更明顯。白熾燈/氣體放電燈調光工作時燈的工作效率有明顯下降，而LED調光的發(fā)光效率會提高，這主要是由于在低發(fā)光亮度時通過LED的正向電流較小，在有關回路電阻成份上的損耗降低的原因。照明調光不僅節(jié)能，照明調光還可以改變空間視覺效果，從而影響人的行為模式。
但是，LED調光電路的設計對LED調光的性能發(fā)揮有很重要的影響。高性能調光器受到用戶的歡迎，下面討論LED可控硅調光的有關問題。
2.1 LED調光
LED由于具體很好的演色性、發(fā)光效率、體積小、低工作電壓和工作壽命長的一系列優(yōu)點得到了很好的應用，然而，調光控制標準化對LED調光應用的推廣很重要。由于白熾燈的可控硅調光得到了很好的應用，LED調光應和可控硅調光能很好地配合使用，以利用現(xiàn)有的白熾燈可控硅調光器。
LED用于替代通用白熾燈照明，LED調光和LED的發(fā)光顏色、LED的光輸出、LED的發(fā)光效率(調光曲線)等因素有關;有關調光控制方法(例如 0-10V，DALI等有關控制協(xié)議)、散熱管理、驅動方案、拓撲架構和已有的基礎設施等因素對LED調光的工作狀態(tài)和調光控制性能有很大的影響。
2.2 LED調光性能
由于人們用慣了白熾燈可控硅調光器，所以LED調光器應能兼容可控硅調光器，并應考慮以下技術指標：
(1)調光范圍
調光范圍常用最大亮度值的百分比表示，例如X%—XX%。在實用中，隨著燈發(fā)光亮度的降低人眼瞳孔會放大，這樣人眼接收的光線并不很快隨燈發(fā)光亮度的降低而降低，如表示為最大發(fā)光亮度級的百分數，則人眼接收的光是測得光百分數的均方根值。例如，測得調光電平為最大發(fā)光值的10%，則人眼接收的光為的最大發(fā)光值，即所謂的心理物理學定律。
(2)在整個調光范圍應平滑調光變化。
(3)燈在最低調光電平時啟動燈發(fā)光應很快達到預定的發(fā)光值。
(4)達到預定的調光電平后LED燈發(fā)光應穩(wěn)定，不應有發(fā)光閃爍現(xiàn)象。
(5)在整個調光范圍內，LED燈、LED驅動電源和調光控制器不應有可聞噪聲。
(6)運動控制/有無人檢測/光電檢測等部件能控制LED燈的工作。
2.3 工作可靠性
調光對大部分光源而言，可以延長其使用壽命，因為在低發(fā)光亮度下燈的功耗和發(fā)熱降低了，有利于提高光源的使用壽命。
溫度對電子元器件的壽命有重要的影響，低溫對延長電子元器件的壽命有幫助，LED燈為燈和電子元器件的一體的燈，所以整體燈的壽命受壽命最短的電子元器件的壽命制約，調光有利于降低LED燈的溫度，有利于LED燈的光通量維持率和延長LED燈的使用壽命。
3 相控調光
相控調光最早用于白熾燈調光，相控調光的主要優(yōu)點是使用、安裝方便。LED相控調光的頻率應不低于100Hz，以避免人眼感到發(fā)光閃爍，相控導通角越大則LED的發(fā)光亮度越大，相控半導體器件可用可控硅、場效應晶體管或有關半導體器件。
由于現(xiàn)有的調光器被設計用于白熾燈(近似電阻負載，功率大多在20W和50W之間)，因此需要一些額外的電路才能允許它們用于LED照明系統(tǒng)。目前，市場上還沒有白熾燈調光器標準，因此目前市場上有大量不同性能和參數值的調光器。
3.1 前沿相控調光
前沿相控調光(前相調光)由于電路實現(xiàn)簡單所以得到了廣泛的應用，開關器件常用可控硅，通過控制可控硅的導通角來控制輸出的交流電有效值，從而達到調光控制，典型可控硅前沿相控調光電路原理圖如圖2所示。在圖2中，可調電阻VR4和電容C23構成移相電路。當C23兩端的電壓達到或超過DIAC(DB3) 的擊穿電壓時，C23電荷通過DB3部分注入雙向可控硅T2，雙向可控硅T2被觸發(fā)導通。
雙向可控硅T2的最低門觸發(fā)電流(IGT)使雙向晶閘管導通。它還要求有一個最低的維持電流來維持雙向可控硅的導通，當電流低于維持電流時，雙向可控硅T2被關閉。可控硅前沿相控調光調光波形圖如圖3所示，前沿相控調光常用于白熾燈和鹵鎢燈調光的應用場合，由于在低調光亮度時通過可控硅的電流減小，如調光亮度很低，通過可控硅的電流低于可控硅的維持導通電流時就不能再調光，否則可控硅關斷，這對低調光亮度LED調光可能是個問題。
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