作者/ William Shenberger Littelfuse公司现场运用工程师
摘要：灯具规划需求针对过电流维护规划安全断开的小尺度保险丝，本文介绍了室内LED灯具维护电路规划的相关要求及规划人员需求考虑的问题。
导言
开端规划的室内LED灯具，规划人员面临着各式各样的技能应战。这些瓶颈包含交直流逆变电路的功率转化、热功耗考虑/散热、当时灯泡尺度的物理空间约束、瞬态电气脉冲，这些都是除了驱动LED发光的根本电路规划之外的技能瓶颈。这些应战中最重要的一个是针对LED颗粒以及其上游电路中的一切主被迫元件供给瞬态脉冲维护。这些瞬态脉冲一般是沟通输入电路中的雷击感应浪涌。这些浪涌意味着LED灯具需求过流及过压维护。
1 LED灯具结构
对LED灯具的功用及高亮度的需求增加意味着驱动电路板上的器材越来越多。大功率LED驱动构成高亮度输出，一起会发生很多的热功耗，这意味着需求更大的散热片。因为LED灯具旨在与现有的白炽灯和CFL灯具(如一般用于家用照明的干流A19灯具)在封装方式上兼容，都包含有一条沟通/直流改换的电源驱动电路，因而可以在规范灯具插座上运用(图1)。因为灯具内的元件和(或许)电路毛病引起的短路或过载现象，都或许导致直接衔接在沟通电源中的任何元器材损坏。此外，雷击感应浪涌或开关机脉冲(灯具外部发生)发生的尖峰电压或振铃波会对灯具内部的元件形成压力并终究形成元件损坏。
一只LED灯具包含图2中所示的根本电路模块，其间从右到左依次为：
• 多晶片及单晶片LED颗粒选用串联衔接装备，称之为LED灯串。多个串联LED灯串并联并由同一个电源驱动。
• 具有相应维护电路的LED灯串驱动电路中，包含串联在回路中的针对过流维护(OCP)的正温度系数(PTC)电阻和并联在回路中的用于过压维护(OVP)的 TVS 二极管。
• DC-DC电源转化电路中，包含在输入端上针对下流元件的次级过压维护的并联TVS 二极管。
• 沟通整流电路中，包含在输出端上针对下流元件次级过流维护的串联高压直流保险丝。
• EMI 滤波元件。
• 沟通输入电路中，由前方(L)上的串联沟通保险丝和前方(L)—零线(N)间并联的MOV组成。
2 LED灯具的电路维护
沟通输入电路中，沟通保险丝是灯具的首要过电流维护器材。假如针对一切必要的规划参数进行正确挑选，当因为感应瞬变和短路/过载所导致的过度电性应力(EOS)发生时，这种保险丝经过将一切电路与沟通输入安全地断开，充沛维护一切下流元件免受损坏。
鉴于与LED灯具规划相关的空间约束，针对沟通输入挑选一个紧凑型的沟通保险丝是至关重要的。保险丝的功用是在电流过载情况下牢靠且可猜测的熔断来为元件和完好的电路供给维护。换句话说，保险丝是电路中的薄弱环节。串联在沟通线路输入端的沟通保险丝能供给短路和过载维护。现在，沟通保险丝具有广泛的额定电流与额定电压规模，可运用于最小的结构中。还有一系列其他的要害保险丝参数和可外表贴装的规划供运用，使规划工程师可以挑选出满意一切运用要求的保险丝。
具有满意的I2T额定值的沟通保险丝是经过依照IEEEC.62.41规范要求的动力之星振铃测验所必需的器材。标称的热熔值I2T(单位：安培平方秒，A2sec)规则了熔断保险丝熔丝所需的能量巨细。一般，依据标称热熔值I2T挑选的保险丝适用于保险丝有必要接受较短继续时刻的大电流脉冲的运用。LED照明运用的浪涌抗扰度测验需求契合8×20μs的组合波形。即便其标称热熔值I2T超越了波形能量的热熔值，不同的保险丝结构对浪涌事情也不会有相同的反响办法。例如，电力浪涌脉冲发生热循环，可以使保险丝发生机械疲惫然后缩短其寿数。
LED照明灯具的沟通输入端的压敏电阻(MOV)是初级过压维护器材。假如针对一切必要的规划参数进行正确挑选，它将可以经过胁迫短时电压脉冲，维护一切下流元件免受因感应瞬变和环波效应所导致的电应力(EOS)的损坏。当因为感应瞬变和短时嵌位电压脉冲发生的振铃导致的过度电性应力(EOS)发生时，MOV维护一切下流元件免受损坏。MOV供给了一种最大程度下降瞬变能量的高性价比的计划，避免其或许会进入下流元件。正确的 MOV器材选型要以许多电气参数为根底，包含额定电压、峰值脉冲电流、能量等级、圆盘尺度和引脚办法。
3 规划LED照明灯具需求考虑的问题
LED照明灯具的规划人员需求考虑各种重要的问题，针对沟通输入电路挑选适宜的沟通保险丝：
• 第一步是找到关于运用的一些技能问题的答案。在曩昔，了解和答复这些技能问题，然后经过元件标准书查找针对某种运用挑选适宜的保险丝，这是一项十分令人困惑和耗时的作业。这些问题包含灯具的正常作业电流、作业电压、环境温度、过载电流水平缓保险丝熔断需求的时刻、最大答应毛病电流以及脉冲、浪涌电流、瞬间热插拔脉冲、发动电流和电路瞬变等。
• Littelfuse 还供给一种以《保险丝选型攻略》为根底的强壮的在线选型东西 – iDesign保险丝选型攻略。它旨在协助电路规划人员为它们的项目确认最佳的电子保险丝。iDesign东西供给了一种快速、直观的办法来确认适宜运用的最佳元件，找出元件的阐明文档，并订货元件样品以进行原型规划。它经过保险丝选型进程，依据所供给的输入信息快速缩小可选规模，协助规划人员挑选到适宜的保险丝。
• 在初始规划时，知道灯具即将出售的商场是至关重要的。依据灯具是否在美国、北美的其他地方，欧洲、亚洲或其他区域运用，规划和测验有必要要满意不同的规范。
• 确认或许影响可运用的保险丝的尺度约束。保险丝可以运用多种办法进行封装，但外表贴装规划是LED照明运用中最常见的封装方式。走运的是，关于电路规划人员来说，现在可以运用更小尺度的保险丝来维护沟通输入，其间一些的尺度只要曾经可用的最小保险丝的一半。
• 电流流过保险丝发生的温度跟着环境温度的改变而增加或削减。请注意，保险丝的“环境温度”并非正如其名，等同于“室温”。相反，环境温度是保险丝周围空气的温度，一般远高于室温，因为保险丝或许会被封装在(例如在保险丝座中)或装置在LED板的发热部件邻近。关于25摄氏度的环境温度，一般主张保险丝的作业电流不超越额定电流的75%。保险丝本质上是温度灵敏的器材，所以当保险丝100%满载到额定值时,即便很小的温度改变也或许会极大地影响保险丝的预期寿数。
• 确认运用所需的分断才能。分断才能也或许被称为熔断额定值或短路额定值(I2T值)。这是保险丝在额定电压条件下可以安全熔断的最大答应电流。在毛病或短路状态下，保险丝或许接受一个远高于正常作业电流的瞬间过载电流。断开意味着完好无缺(无爆破或本体决裂)并堵截电路。
• 保证在出产之前有满意的时刻进行全面的运用测验和验证。假如初始规划没有经过其间任何一项测验，请保证在计划中有满意的地步来修正规划并从头测验。
• 最终，规划人员有必要将保险丝与下流过压维护器材和LED灯串驱动电路配合好。在LED灯具规划进程之初，有必要考虑到瞬态按捺。保险丝的选型有必要要能满意标准界说的能量冲击，避免LED灯串驱动电路遭到晦气影响。沟通输入电路上的保险丝和MOV，假如选型适宜，当呈现瞬态脉冲时,无需保险丝断开就能完成过压钳位维护、安全地维护下流电路,一起最大程度下降了对LED灯串驱动电路(包含LED灯串自身)的损害。
• 但是，也有特定的LED照明灯具作业电路无法接受瞬态脉冲冲击。在这些情况下，正如在前面关于DC-DC转化器模块的内容中所指出的，增加一个用于过压维护的辅佐次级TVS二极管是一种经过验证计划,可进一步胁迫MOV的“残压”能量。在最极点的情况下，乃至还有一个额定的过流维护器材(如图2的中部所示，沟通整流模块中的高压直流保险丝)和LED灯串中的过流维护器材(与LED灯串串联的PTC)、过压维护(与LED灯串并联的TVS二极管)以及LED开路维护(与LED晶粒并联的单个PLED)，以供给更微弱的电路维护。
• 保险丝与过压维护和LED驱动器的调配。
• 瞬态电压按捺有必要是初始规划进程的一部分;所挑选的的器材有必要可以削减瞬态脉冲能量,按捺住脉冲电压，然后使驱动电路不受影响。
• TVS二极管是最常用的一种按捺器材。TVS二极管专门规划用于维护电子电路，避免瞬态过电压。作为一种硅半导体雪崩器材，它既有单向也有双向。在单向TVS，特定的钳位特性只在一个方向上表现出来，在另一个方向上显示出的是类似于传统的整流器二极管的正导游通电压(VF)特性。LED照明电源(驱动器)一般在其电路中一个或多个方位上需求装置TVS二极管。
• 瞬态脉冲的损坏潜力是由其峰值电压、继续电流和脉冲宽度所决议的。当用于维护比如驱动%&&&&&%和LED晶粒等灵敏元件时，瞬态按捺器的呼应时刻极为重要。假如瞬态按捺器呼应速度慢，当体系上呈现了快速上升的瞬态尖峰时，在按捺器开端动作前，经过被维护负载的尖峰电压就已上升并起到破环效果
• 在挑选TVS二极管时，有必要考虑以下几个重要的参数：
• 反向截止电压(VR)。其间最重要的参数是VR，其有必要等于或大于被维护电路(或电路的一部分)的峰值作业电压。保证TVS在正常驱动电压下不会动作。
• 峰值脉冲电流(IPP)。IPP是TVS所能接受的最大安全脉冲电流，一般以比如10×1000μs的指数波形为参照表明。Ipp仅表明瞬态峰值电压除以源阻抗的值。
• 最大钳位电压(VC)。VC是根据参照的指数波形,在脉冲峰值电流(IPP)流过TVS 器材时，TVS 两头呈现的峰值电压。
• TVS二极管中的毛病机制是短路。因而，假如TVS二极管因瞬态脉冲而呈现毛病，其地点的电路仍然会遭到维护。
4 定论
在LED 灯具规划初期阶段就有完善的电路维护，并投入所需的时刻和资源的规划人员将会收成成功的产品和更好的用户体会。因为沟通保险丝、沟通MOV和TVS二极管等元件的最新进展，到新一代规划人员诞生之前，下一代LED灯具就或许到来。
本文来源于《电子产品世界》2017年第9期第74页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
