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针对串联LED照明的电路保护优化策略（下）

发布于：2015-10-13 15:19:13 来自：电气工程/照明工程 [复制转发]

潜在的LED旁路保护装置分析

为了保护单个高亮度LED，并防止整个高亮度LED串联串在单个高亮度LED出现故障时熄灭，在高亮度LED终端必须安装旁路保护装置。有许多装置可以考虑，包括压敏电阻、可控硅整流器、稳压二极管、聚合静电放电保护器及LED开路保护器。

压敏电阻：

这些装置最适合于相对高能的电源线路瞬变，特别是雷击及大型电感负荷转换造成的瞬变。很遗憾，这些装置不能作出快速反应，无法保护LED免受低级别瞬变(可能造成LED故障)的危害。除该缺点外，如果LED出现故障形成开路，压敏电阻不能为电流提供路径，因此整个LED串将关闭。压敏电阻产生的热对发光二极管也可能是一个问题。

可控硅整流器：

在出现故障的发光二极管附近，可控硅整流器可按路径发送电流，以保持LED串的其余部分发光。但是，这些装置是一些大型装置，它们通常需要电阻式分压，以设置触发电压。不同温度上，可控硅整流器触发电压的变化可能会非常大。此外，反向阻断电压太高，因此，可控硅整流器不能提供反极性保护。

稳压二极管：

尽管稳压二极管通常比可控硅整流器小得多，但仍旧存在其他问题。当一个LED出现故障形成开路时，稳压二极管必须引导串联灯串中的所有电流。大部分稳压二极管有相对较低的电流额定值，因此它们的寿命在该种类型的应用中比较短。稳压二极管也会引起微环境热事件，该事件可能会导致进一步的LED故障。

高分子聚合物ESD保护器：

通常这些设备是专用于高速数字电路，不是用于直流线路的保护，与LED串的情况一样。与硅装置相比，它们有较高的动态电阻，因此它们的钳位电压太高，不能保护易碎的LED。此外，它们不能提供过载保护，也不能提供反极性保护。

LED开路保护器：

这些装置是特别设计用于保持串联LED灯串的其余部分，在一个LED出现故障时，仍能够正常运转。它们是紧凑的硅基装置，安装在每个LED终端。作为旁路装置，它们能够在开路LED周围，按路径发送电流，保持LED串的其余部分仍能够照明。一些LED开路保护器还提供静电放电/照明及反极性保护，这样可以减少照明电路成本，消除对附加保护组件的需求。

LED开路保护器运作

LED开路保护器是安装在LED上内部触发的两个终端装置，如果LED自身修复或被更换，它会自动重置。这种保护器是电压触发开关，漏电量低，与微安开关相似，当它被触发时(图3)，就变成低阻抗的微安开关，可最大限度地减少功率消耗。通路状态的LED下降约0.7V，这并不足以打开保护器装置。一旦有一个LED出现故障形成开路，有足够的电路电压来触发保护器至通路状态(恒流输出电压由LED驱动电路提供)。图3中描述的PLED6系列也是以内置抗浪涌为特征的，有助于保护LED免受附近雷击或静电放电事件引发的浪涌。

图4：典型的LED开路保护器 V-I 特征

拿Littelfuse PLED6系列装置作为典型LED开路保护器为例，图4显示了关键的参数为VBR，IS，IH，IT与VT。如V-I曲线所示，VBR定义了该装置的断开电压额定值至击穿电压额定值之间的区域。在断开状态下，VBR是可以应用于该装置的直流与交流电压的连续峰值组合，这导致了通过该装置的电流小于5μA(从6至33V DC的各类最低VBR额定值都是可行的)。IS是电流值，当应用最低VBR时，它可导致装置从断开状态切换到通路状态。通常，IS最大值为100mA。吸持电流(IH)是维持装置处于通路状态时的最低电流需求(通常为5mA)。通路状态电压(VT)是全传导期间穿过装置的最大电压。IT是在通路状态下，两秒内可以通过装置的最大电流额定值(最大值为1A)。通常，LED串电流要远低于该值，这样可使得LED开路保护器继续保持下去。

理想情况下，在LED开路保护方案中，每个LED都有一个保护装置。但是，“预算”保护方案可能发挥作用。例如，当选择适当的LED开路装置时，可以在串联中的两个LED上安装一个PLED。一个LED故障会导致两个LED变暗，但这削减了一半的保护成本。

结论

照明设备制造商正在向生产LED进行转型，因为LED设备成本低，性能高，维护少，并且它们的寿命可持续数万小时。但是，它们仍然需要防静电保护，尤其是在高可靠性应用方面，例如，在恶劣环境中布署的安全关键照明设备。事实上，与传统照明设备相比，户外LED照明设备具有不可靠性，除非设计师增加了适当的电路保护，以防止最严重的过压情况出现。

第一道防线是良好的电路保护方案，把输入电源延伸至各个LED。LED开路保护装置可以应对重大的超电压瞬变，当一个LED发生故障形成开路时，保持串联的其他LED仍旧可以照明。尽管这样的保护是有益的，但它仍然只是总保护方案的一部分，总保护方案应包括保护开关式电源与LED驱动器的熔断器、MOV与TVS装置。

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