室內(nèi)LED燈泡需要更可靠的電路保護(hù)

早期室內(nèi) LED 燈泡的設(shè)計(jì)人員面臨許多技術(shù)障礙，包括 AC 到 DC 轉(zhuǎn)換、散熱、當(dāng)前燈泡尺寸施加的限制、電氣瞬變，更不用說(shuō)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生光的 LED 的基本挑戰(zhàn)了. 為 LED 和電路中它們上游的所有組件提供瞬態(tài)保護(hù)是一項(xiàng)重大的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。這些瞬變通常是由交流輸入上的雷電引起的浪涌引起的。LED 燈泡需要針對(duì)這些威脅提供過(guò)流和過(guò)壓保護(hù)。

對(duì)附加功能和更高光輸出的需求增加了 LED 板組件的數(shù)量。更高的光輸出需要更大的散熱器來(lái)增加散熱。由于 LED 燈泡的外形尺寸必須與當(dāng)前的白熾燈和 CFL 燈泡(例如 A19 家用燈泡)兼容，因此它們包含一個(gè) AC/DC 電源電路，以便它們可以在標(biāo)準(zhǔn)燈泡插座上運(yùn)行(圖 1)。任何直接連接到交流電源的東西都可能因燈泡內(nèi)部的組件和/或電路故障引起的短路和過(guò)載情況而損壞。此外，雷電浪涌或負(fù)載開關(guān)瞬變(起源于燈泡外部)會(huì)產(chǎn)生電壓尖峰或環(huán)形波，從而對(duì)燈泡內(nèi)的組件造成壓力并最終損壞。

圖 1：典型住宅 LED 燈的構(gòu)造。

圖 2：帶有瞬態(tài)和浪涌能量保護(hù)裝置的典型 LED 燈具驅(qū)動(dòng)電路。

交流線路保險(xiǎn)絲是燈泡的主要過(guò)流保護(hù)裝置。如果選擇正確，此保險(xiǎn)絲將通過(guò)安全地?cái)嚅_所有電路與交流線路輸入的連接，充分保護(hù)所有下游組件免受電氣過(guò)應(yīng)力 (EOS) 損壞。

鑒于與 LED 燈泡設(shè)計(jì)相關(guān)的緊湊空間限制，為交流輸入選擇高度緊湊的交流保險(xiǎn)絲至關(guān)重要。保險(xiǎn)絲的功能是通過(guò)在短路和電流過(guò)載條件下可靠且可預(yù)測(cè)地熔化來(lái)為組件和完整電路提供保護(hù)。與交流線路輸入串聯(lián)的正確保險(xiǎn)絲將提供所需的保護(hù)。今天，交流保險(xiǎn)絲具有最小的外形尺寸，具有多種安培數(shù)和額定電壓可供選擇。一系列額外的關(guān)鍵參數(shù)和表面貼裝設(shè)計(jì)也可供設(shè)計(jì)工程師選擇滿足所有應(yīng)用要求的保險(xiǎn)絲。

基于 LED 的燈泡的初級(jí)過(guò)壓保護(hù) (OVP) 器件是交流輸入電路金屬氧化物壓敏電阻 (MOV)。當(dāng)為所有所需的設(shè)計(jì)參數(shù)正確選擇時(shí)，它將通過(guò)鉗位短時(shí)電壓脈沖保護(hù)所有下游組件免受感應(yīng)瞬變和環(huán)形波效應(yīng)的 EOS 損壞。MOV 提供了一種經(jīng)濟(jì)高效的方法，可以最大限度地減少可能進(jìn)入下游組件的瞬態(tài)能量。正確的 MOV 選擇基于許多電氣參數(shù)，包括電壓額定值、峰值脈沖電流、能量額定值、圓盤尺寸和引線配置。

LED燈泡設(shè)計(jì)者需要考慮幾個(gè)電路保護(hù)問(wèn)題：

回答有關(guān)應(yīng)用的技術(shù)問(wèn)題，例如：燈泡的正常工作電流、應(yīng)用電壓、環(huán)境溫度、過(guò)載電流水平和保險(xiǎn)絲必須打開的時(shí)間長(zhǎng)度、最大允許故障電流以及脈沖、浪涌電流、浪涌電流、啟動(dòng)電流和電路瞬變。Littelfuse 提供大量設(shè)計(jì)資源，包括Fuseology 選擇指南：保險(xiǎn)絲特性、術(shù)語(yǔ)和考慮因素 以及Littelfuse iDesign 保險(xiǎn)絲選擇工具。

在設(shè)計(jì)過(guò)程中盡早了解燈泡的銷售市場(chǎng)。根據(jù)燈泡預(yù)期使用的地理位置，不同的標(biāo)準(zhǔn)將管理設(shè)計(jì)和測(cè)試要求。

確定可能影響可用保險(xiǎn)絲的尺寸限制。保險(xiǎn)絲有多種封裝可供選擇，但表面貼裝設(shè)計(jì)是 LED 燈泡最常見的外形尺寸?，F(xiàn)在可以使用尺寸更小的保險(xiǎn)絲來(lái)保護(hù)交流輸入，其中一些尺寸僅為以前可用的最小保險(xiǎn)絲的一半。

電流通過(guò)保險(xiǎn)絲產(chǎn)生的保險(xiǎn)絲溫度隨環(huán)境溫度的變化而升高或降低。請(qǐng)記住，保險(xiǎn)絲的“環(huán)境溫度”與“室溫”不同。相反，環(huán)境溫度是保險(xiǎn)絲周圍的空氣溫度，通常遠(yuǎn)高于室溫。對(duì)于大約 25 ° C 的環(huán)境溫度，建議保險(xiǎn)絲在不超過(guò)其標(biāo)稱額定電流的 75% 下工作。保險(xiǎn)絲是對(duì)溫度敏感的器件，因此即使是很小的溫度變化也會(huì)極大地影響在加載到其標(biāo)稱值(即 100% 的額定值)時(shí)的預(yù)計(jì)保險(xiǎn)絲壽命。

確定應(yīng)用所需的分?jǐn)嗄芰?即分?jǐn)囝~定值，I 2 t)。這是保險(xiǎn)絲在額定電壓下可以安全中斷的最大允許電流。在故障或短路情況下，保險(xiǎn)絲可能會(huì)接收到比其工作電流大很多倍的瞬時(shí)過(guò)載電流。安全操作要求保險(xiǎn)絲保持完好并清除電路。

在設(shè)計(jì)過(guò)程開始時(shí)必須考慮瞬態(tài)抑制。將保險(xiǎn)絲與下游 OVP 和 LED 串驅(qū)動(dòng)電路協(xié)調(diào)。選擇的熔斷器必須能承受指定水平的瞬態(tài)能量，以使 LED 串驅(qū)動(dòng)電路的能力不會(huì)受到不利影響。AC 輸入電路保險(xiǎn)絲和 MOV 提供瞬態(tài)保護(hù)，允許在保險(xiǎn)絲斷開的情況下實(shí)現(xiàn)所需的過(guò)壓鉗位能力，同時(shí)安全地保護(hù)下游電路，從而最大限度地減少對(duì) LED 串驅(qū)動(dòng)器電路(包括 LED 串本身)的干擾。

如果燈泡的工作電路無(wú)法承受所需的瞬態(tài)事件級(jí)別，請(qǐng)考慮為 OVP 添加一個(gè)輔助 TVS 二極管。這是一種經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的解決方案，可以進(jìn)一步限制來(lái)自 MOV 的“通過(guò)”能量。對(duì)于極端情況，請(qǐng)考慮額外的 OCP/OVP 設(shè)備(見圖2)以提供更強(qiáng)大的電路保護(hù)。

其他設(shè)計(jì)考慮因素，例如保險(xiǎn)絲與過(guò)壓保護(hù)和 LED 驅(qū)動(dòng)器的協(xié)調(diào)，也很重要。

在生產(chǎn)之前留出足夠的時(shí)間進(jìn)行徹底的應(yīng)用測(cè)試和驗(yàn)證。

結(jié)論

從基于 LED 的燈泡設(shè)計(jì)項(xiàng)目的最初階段投入必要的時(shí)間和資源來(lái)確保足夠的電路保護(hù)將獲得成功的產(chǎn)品和滿意的客戶。由于交流熔斷器、MOV 和 TVS 二極管的最新進(jìn)展，下一代 LED 燈泡可能會(huì)出現(xiàn)，直到下一代設(shè)計(jì)師到來(lái)。

　　審核編輯：湯梓紅