淺談LED開路保護器的防護效用
高功率LED越來越多地被應(yīng)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(shù)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(shè)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(yīng)用而設(shè)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(dǎo)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(shè)計成保護燈串中的單個LED；其他的可以允許設(shè)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(qū)動器并進入燈串；或者附近的雷擊可能在LED驅(qū)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(yīng)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(dǎo)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(guān)閉，LED正常工作。
LED的調(diào)光可以進一步提高LED的節(jié)能效果，而LED的可控硅調(diào)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(diào)光控制的工作原理、特點和應(yīng)用時需注意的有關(guān)問題。
1、LED市場與技術(shù)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(yīng)用，LED的性能和發(fā)光效率不斷提升，LED有關(guān)技術(shù)指標進展預(yù)測如表
2 照明調(diào)光
調(diào)光具有節(jié)能的優(yōu)點，照明調(diào)光在應(yīng)用中有很好的市場，相對白熾燈/氣體放電燈，LED的調(diào)光節(jié)能效果更明顯。白熾燈/氣體放電燈調(diào)光工作時燈的工作效率有明顯下降，而LED調(diào)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(guān)回路電阻成份上的損耗降低的原因。照明調(diào)光不僅節(jié)能，照明調(diào)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(diào)光電路的設(shè)計對LED調(diào)光的性能發(fā)揮有很重要的影響。高性能調(diào)光器受到用戶的歡迎，下面討論LED可控硅調(diào)光的有關(guān)問題。
2.1 LED調(diào)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(yīng)用，然而，調(diào)光控制標準化對LED調(diào)光應(yīng)用的推廣很重要。由于白熾燈的可控硅調(diào)光得到了很好的應(yīng)用，LED調(diào)光應(yīng)和可控硅調(diào)光能很好地配合使用，以利用現(xiàn)有的白熾燈可控硅調(diào)光器。
LED用于替代通用白熾燈照明，LED調(diào)光和LED的發(fā)光顏色、LED的光輸出、LED的發(fā)光效率(調(diào)光曲線)等因素有關(guān);有關(guān)調(diào)光控制方法(例如 0-10V，DALI等有關(guān)控制協(xié)議)、散熱管理、驅(qū)動方案、拓撲架構(gòu)和已有的基礎(chǔ)設(shè)施等因素對LED調(diào)光的工作狀態(tài)和調(diào)光控制性能有很大的影響。
2.2 LED調(diào)光性能
由于人們用慣了白熾燈可控硅調(diào)光器，所以LED調(diào)光器應(yīng)能兼容可控硅調(diào)光器，并應(yīng)考慮以下技術(shù)指標：
(1)調(diào)光范圍
調(diào)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(shù)，則人眼接收的光是測得光百分數(shù)的均方根值。例如，測得調(diào)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(xué)定律。
(2)在整個調(diào)光范圍應(yīng)平滑調(diào)光變化。
(3)燈在最低調(diào)光電平時啟動燈發(fā)光應(yīng)很快達到預(yù)定的發(fā)光值。
(4)達到預(yù)定的調(diào)光電平后LED燈發(fā)光應(yīng)穩(wěn)定，不應(yīng)有發(fā)光閃爍現(xiàn)象。
(5)在整個調(diào)光范圍內(nèi)，LED燈、LED驅(qū)動電源和調(diào)光控制器不應(yīng)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(diào)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(diào)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(diào)光
相控調(diào)光最早用于白熾燈調(diào)光，相控調(diào)光的主要優(yōu)點是使用、安裝方便。LED相控調(diào)光的頻率應(yīng)不低于100Hz，以避免人眼感到發(fā)光閃爍，相控導(dǎo)通角越大則LED的發(fā)光亮度越大，相控半導(dǎo)體器件可用可控硅、場效應(yīng)晶體管或有關(guān)半導(dǎo)體器件。
由于現(xiàn)有的調(diào)光器被設(shè)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(diào)光器標準，因此目前市場上有大量不同性能和參數(shù)值的調(diào)光器。
3.1 前沿相控調(diào)光
前沿相控調(diào)光(前相調(diào)光)由于電路實現(xiàn)簡單所以得到了廣泛的應(yīng)用，開關(guān)器件常用可控硅，通過控制可控硅的導(dǎo)通角來控制輸出的交流電有效值，從而達到調(diào)光控制，典型可控硅前沿相控調(diào)光電路原理圖如圖2所示。在圖2中，可調(diào)電阻VR4和電容C23構(gòu)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(dǎo)通。
雙向可控硅T2的最低門觸發(fā)電流(IGT)使雙向晶閘管導(dǎo)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(dǎo)通，當電流低于維持電流時，雙向可控硅T2被關(guān)閉�？煽毓枨把叵嗫卣{(diào)光調(diào)光波形圖如圖3所示，前沿相控調(diào)光常用于白熾燈和鹵鎢燈調(diào)光的應(yīng)用場合，由于在低調(diào)光亮度時通過可控硅的電流減小，如調(diào)光亮度很低，通過可控硅的電流低于可控硅的維持導(dǎo)通電流時就不能再調(diào)光，否則可控硅關(guān)斷，這對低調(diào)光亮度LED調(diào)光可能是個問題。
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