發布日期：2022-10-09 點擊率：125
節能發光二極管（LED）越來越多地應用于外部區域，但是LED和所需的電子元件在外部環境中會遭遇過壓或受損的危險，因此對LED進行適當保護至關重要。
發光二極管（LED）有著非常好的發展前景，這不僅是因為其價格下降，還因為各國政府都在致力于降低能耗。大功率LED（目前仍以藍寶石或SiC為基礎，而將來則會轉變成以AIN和GaN為基礎）將會大量用于照明應用，如戶外廣告牌、針對交通管控的信號裝置和用于起飛與著陸的限位發光體。采用LED有多方面優勢，如使用壽命長、效率高和擁有各種色調可供選擇，即使與節能燈和熒光燈相比，也毫不遜色。
雖然LED具備公認的良好效益性和可靠性，但是它本身卻很敏感和脆弱。熱力學負荷是已知的最容易導致LED與電路斷開的一個原因。其他造成LED故障的原因還包括靜電荷（靜電放電/ESD）和因附近雷電電擊造成的過載。在一個環鏈，短路、斷開或受損的LED會使整個環鏈失效。如果將此產品應用于安全場合，就會造成嚴重的后果。
盡管如此，只要采取適當的防護措施，LED的優勢仍可被使用。此前在保護外部應用場合中的LED方面缺乏有效的解決途徑，而且技術人員對于LED環節的保護措施往往缺乏深入思考和探究。雖然現在可以使用所謂LED開環保護元器件所構成的設備，但是還沒有人能夠真正識別出其優點，無論LED的保護在產品設計上有多重要。
LED的一個薄弱環節是必須用到電子器件
大功率LED通常作為一種低壓裝置（電壓通常位于大約2.7V紅色至4.1V藍色區間）接入到環線電路里并采用恒定電流供電，其中一個環線可以包含有5～20個LED。統一供電模式可以確保LED的亮度保持均勻，也便于對整個環路進行調控。但是驅動LED所需的電子器件卻不穩定，它們對溫度和濕度的變化比較敏感，如前所述，一旦其中一個LED出現了斷電問題，便會造成整個環路失靈。這對于裝有很多LED環路的大型廣告牌來說并無大礙，但是對于交通信號燈或著陸跑道邊緣的標識來說，則是非常嚴重的問題。
LED照明的三個重要領域需要具備特別的防護：DC整流器前端的AC開關部分、DC部分（亦稱為LED驅動）和LED自身。
對交流電路的保護
LED通常設有組合開關電路（SNT），而此類開關電源電路要比線性調節變壓器電源電路更需要保護。因此需要準確考慮交流電路（AC）的保險規格問題。這種電路對于瞬間過電壓非常敏感，尤其是可以達到3～10kA以上的雷電過電壓。因此必須要選用規格足夠大的電路保護，以免被擊穿。因此電壓、電流和電熱值（即I2t數值）便成為選擇保險的主要依據。I2t數值確定了保險所能承受而不被擊穿和電路不會中斷的電能數量。在實際工作中，采用高I2t數值的保險非常必要，可以克服雷電過電壓問題并保持持續照明。通過提高保險的電流負荷或加大時間延遲率，即可實現這種較高的數值。
另一種保護電源開關部件的可能性是使用金屬氧化的壓敏電阻（MOV）。這種電阻作為電壓相關電阻，可以壓制輸入電路上的過電壓并與電路或與受保護的模塊相并聯。隨著電壓數值上升，MOV的電阻值呈下降趨勢，以此來排放電源上的過電壓。
這兩種保護裝置，即過電流保護措施和過電壓MOV保護措施的主要區別在于過電流保護措施屬于所需的安全裝置范疇，而MOV則是提高可靠性的一種方式。
通過熔斷器對DC/DC轉換器進行保護勢在必行
LED通常采用串聯方式連接并由恒定電源供電，以達到最佳的亮度、色度和強度。電流通過一個直流（DC/DC）轉換器進行傳輸，因此直流轉換器便成為整個LED電路中的一個重要組成部分。當出現過電流時，高壓DC保護會將電路切斷。因此這種保護必須集成到DC部分中。同時，瞬間電壓抑制（TVS）二極管可以對直流轉換器中的振蕩器進行保護（圖1）。
即使采用了MOV，由于其響應時間的原因，仍會讓一部分過電流通過。這部分電流仍會給LED驅動或LED自身造成傷害。因此建議在整流器上加設一個微調的阻尼元件（如TVS二極管），以實現對這部分電流的排放。
在軌道交通、停車場和其他外部LED照明上設置可更換模塊的做法越來越普遍，因為這種模塊維護方便且長期可靠。使用過電壓保護裝置（電涌保護器/SPD），可以實現對所需的三個MOV集成使用。過電壓保護裝置也可以內設一個MOV電熱保護功能，以便對有害的不穩定性熱能進行監控。典型的做法是此類部件與電源輸入線路呈并聯關系。但也出現了一些新型的串聯模塊，當熱保護被觸發時，便可實現照明與電源的分離。從中也可以判斷出何時需要更換過電壓保護裝置。
振動、受熱和老化等現象會對LED線路造成損傷。可以通過在環鏈上設置一個與LED并聯的保護元件來達到防護目的。這可以是一種電子電阻，它在電路發生斷路時可起到一種旁通的作用，即把電流通向相應的LED上，使LED繼續發亮。
在某一個LED發生斷電的情況下，Littelfuse公司的PLED保護元件（即LED保護器）既可實現過電壓保護，同時也可實現環鏈電路的連續運行（圖2）。PLED元件與環鏈電路上的每個LED相并聯，當一個LED發生斷電并與電路相分離時，所接入的PLED即可承擔起LED的功能并使電流繼續流通。由此可以使后面的電路繼續工作，而不會造成整個電路失靈。
PLED是一種由電壓帶動并帶有幾微安級別的低排放電流的開關裝置。在啟動時，為低歐姆開關，以降低電流的消耗量。PLED只需幾安培即可實現關斷，因此對于電路來說并無實質性影響。只要這些保護裝置與LED進行并聯連接，一旦LED斷電，仍有足夠的電壓來觸發保護裝置啟動。此外，PLED包含有反向電流二極管，在供電電源的正負極被錯接時，它可以對LED環鏈電路實施保護（圖3）。
用于外部環境中的LED元件需要特殊保護
PLED元件通常是通過環鏈電路上的每個LED實現開關動作。但是也有一些可以保護兩個或三個LED的元件可供使用。由此可以降低防護措施成本，但是一旦某個LED發生斷電，會使其他受到保護的LED出現不亮的情況。
由于外部用照明LED越來越受到人們的喜愛，其整體電子器件因敏感性強而需要特別的保護。尤其是對可靠性要求較高的應用場合，如安全照明設施等更是如此。因此LED照明系統的設計人員必須要更多地關注照明系統的安全性和可靠性問題。要關注電路是否具備良好的保護措施，不僅包括所有元器件，也包括饋電至LED的全過程。
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