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LED电源保 护方案及损坏常见原因

文章出处:华灯初上 人气:发表时间:2018-01-21

大功率白光LED作为新 型绿色照明技术,有光转换效率高、能耗低、寿命长、无需维护等优点,逐渐被 应用于各种照明领域。LED的长寿 命是基于其安全的工作环境,对于LED照明来讲,主要有 两种威胁影响其寿命:一是过电冲击,就是LED上施加的电流超过该LED技术数 据手册中的最大额定电流,包括过 压引起的过电冲击;另一种是过热损伤。这些损 坏可以表现为器件的立即失效,也可能 发生在过电流冲击事件后许久才失效,缩短LED工作寿命。

LED灯具损坏的原因

LED灯具失 效一是来源于电源和驱动的失效,二是来源于LED器件本身的失效。通常LED驱动电 源和驱动的损坏来自于输入电源的过电冲击(EOS)以及负 载端的断路故障。输入电 源的过电冲击往往会造成驱动电路中驱动芯片的损坏,以及电 容等被动元件发生击穿损坏。负载端 的短路故障则可能引起驱动电路的过电流驱动,驱动电 路有可能发生短路损坏或有短路故障导致的过热损坏。 LED器件本 身的失效主要有以下几种情况。

1.静电放电事件

静电放电(ESD)损坏是 目前高集成度半导体器件制造、运输和 应用中最为常见的一种瞬态过压危害,而LED照明系统则须满足IEC61000-4-2标准的“人体静电放电模式”8kV接触放电,以防止 系统在静电放电时有可能导致的过电冲击失效。

LED PN结阵列 性能将出现降低或损坏,如图2所示。ESD事件放电通路导致的LED芯片的内部失效,这种失 效可能只是局部功能损坏,严重的话也会导致LED永久损坏。

2.瞬态过流事件

瞬态过 流事件是指流过LED的电流超过该LED技术数 据手册中的最大额定电流,这可能 是由于大电流直接产生也可能是由高电压间接产生,如瞬态雷击、开关电 源的瞬态开关噪声、电网波 动等过压事件引起的过流。这些事件都是瞬态的,持续时间极短,通常我 们将其称为尖峰,如“电流尖峰”、“电压尖峰”。造成瞬 态过流事件的情况还包括LED接通电源,或是带 电插拔时的瞬态过电流。

对于汽车中的LED照明,ISO7637-2的瞬态 抛负载浪涌冲击则是其正常工作的一个重要威胁。

LED遭受过 电冲击后的失效模式并非固定,但通常 会导致焊接线损坏,如图1所示。这种损 坏通常由极大的瞬态过电流引起。除了导 致焊接线烧断外,还可能 导致靠近焊接线的其他部分损坏,例如密封材料。

LED灯具损 坏常见原因及保护方案

对于接近80%能量都转化为热量的LED照明设计而言,热管理 和故障过热保护是其面临的一个挑战。理论和 实践都已经证明,LED的性能和寿命是与LED的PN结工作温度紧密相关。当LED芯片内结温升高10℃,光通量就会衰减1%,LED的寿命就会减少50%。

电源及 驱动电路的保护

由于LED电源驱 动电路容易遭受过电冲击和短路故障而损坏,因此在 驱动电路设计中要充分考虑各种故障状态的保护措施,以提高电路的可靠性,从而降低返修率。泰科电子的LVR系列PTC可以实 现交流电源的过流和短路保护,ROV用于过 电冲击和浪涌保护。POLYZEN系列是 用于直流电源输入口的过压过流综合保护元件,LED灯串中 的表面贴系列则是实现负载过流或断路故障保护。

LED灯具损 坏常见原因及保护方案

PPTC在LED照明中 的过流和过热保护

虽然许多高端LED驱动器 件逐渐集成了过流、过热等保护功能,但在许多场合,特别是过热保护方面,仍然需 要分立元器件方案作为协同保护方案,以使灯 具具有更高的可靠性和更长的寿命。

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