LED燈泡電源和控制電路設(shè)計

住宅LED燈泡的安全性和可靠性保護(hù)LED燈泡是一種采用并聯(lián)配置的半導(dǎo)體發(fā)光二極管的固態(tài)燈。此外，這種燈具還包括電源轉(zhuǎn)換電子器件（直流/交流）、LED的驅(qū)動芯片、用于熱控的散熱片和優(yōu)化燈光質(zhì)量的光學(xué)器件。由于LED燈泡需要在外形因素上做到與目前的白熾燈和鹵素?zé)襞菁嫒?，因此它們將具有一個直流/交流電路以使它們能夠用于標(biāo)準(zhǔn)的燈泡“插座”.

直接連接到交流電源（如120/250VACrms）的設(shè)備可能會因燈泡內(nèi)部元件或電路故障導(dǎo)致的短路和過載情況而損壞。除此之外，雷擊浪涌或負(fù)荷開關(guān)瞬變（產(chǎn)生于燈泡外部）能夠造成電壓尖峰或環(huán)形波，給元件造成壓力并最終導(dǎo)致?lián)p壞，從而使燈泡報廢。鑒于LED燈泡的價值定位不僅僅是降低能源消耗，還有更長的使用壽命，在消除因電氣環(huán)境促使的現(xiàn)場故障中考慮瞬態(tài)電壓保護(hù)將是至關(guān)緊要的。而且，LED對高溫極為敏感，應(yīng)不得超過85℃。將LED和LED驅(qū)動板的溫度控制在這個水平之下對于它們的使用壽命來說極為重要。

LittELfuse可以提供完善的交流線路接口保護(hù)，以及在直流端的瞬態(tài)保護(hù)。LED燈泡電源和控制電路內(nèi)部的不同元件和系統(tǒng)的概況，請參見圖1.

圖1:LED驅(qū)動器輸入線路協(xié)同交流線路保護(hù)建議。

如圖1所示，與線路串聯(lián)的一個Littelfuse交流保險絲能夠提供在短路和過載條件下的安全保護(hù)。它們在外形因素、電流額定值、額定電壓、斷流容量和安裝選項上有廣泛的選擇范圍，為設(shè)計工程師在設(shè)計上提供了靈活性。

在整個電源輸入上的金屬氧化物壓敏電阻（MOV）提供過壓鉗位保護(hù)。它們的性價比高，且能最大程度地減少可能通入下游電子器件的瞬態(tài)電能。金屬氧化物壓敏電阻的選擇基于一系列參數(shù)，包括額定電壓、峰值脈沖電流、器件尺寸和導(dǎo)線配置。Littelfuse提供的壓敏電阻其器件直徑小至5毫米以及表面貼裝CH系列，這使得它們可以在空間受限的LED燈泡的供電部位使用。

MOV和保險絲需要形成一種協(xié)調(diào)的解決方案，以至于熔斷保險絲元件所需的電能（也稱為“i2t”值）足夠高，能在浪涌電壓條件下允許MOV起作用，而不會使保險絲跳閘。換句話說，在浪涌電能鉗制和耗散的條件下，保險絲不應(yīng)打開。它只應(yīng)在過載或短路情況發(fā)生時跳閘。

即使在交流輸入中具有壓敏電阻，也有電路在浪涌事件中不能幸免的實例。在這些情況下，可以在倒相極的輸入電路添加一個TVS二極管。再次參考圖1,這個TVS二極管針對瞬變提供了二級保護(hù)。從壓敏電阻上“允許通過”的電能將被這個TVS二極管進(jìn)一步減少到不會使電路失效的水平。

在外形因素、空間限制、電氣參數(shù)和成本方面，Littelfuse提供的保險絲、金屬氧化物壓敏電阻和TVS二極管可有多種選擇。

Littelfuse的保險絲、金屬氧化物壓敏電阻和TVS二極管在幫助電燈制造商通過一些重要的法規(guī)和安全標(biāo)準(zhǔn)上起著關(guān)鍵作用。在為一些室內(nèi)商業(yè)照明，以及道路、停車場和車庫照明建立統(tǒng)一的性能和安全標(biāo)準(zhǔn)上，美國正起著帶頭作用。美國環(huán)保署（EPA）的能源之星浪涌規(guī)范適用于PAR30/PAR38/A-19/MR16/燭臺燈/G球形燈/R反射型LED燈。下文論及了這些規(guī)范。

●對于整體LED燈的能源之星程序要求（適用于美國）*參考ANSI/IEEE C.62.41-1991,A類操作（83A）。

*對于共模和差模，線路瞬變應(yīng)包含7次100kHz環(huán)形波、2.5kV級的擊打。

●IEC 61547普通照明用設(shè)備--電磁兼容抗擾度要求（適用于歐洲、亞洲和加拿大）*參考IEC61000-4-5浪涌抗擾度測試。

*波形：1.2x50電壓/8x20電流組合；2Ω阻抗；10次沖擊。

*對于低于25瓦的燈具：500V/250A;線到線。

*對于大于25瓦的燈具：1000V/500A;線到線。

圖2:美國能源部（DOE）關(guān)于浪涌測試的要求。

通常，工程師在鑒定過程中想要對他們的應(yīng)用和保護(hù)方案進(jìn)行測試。對于缺少內(nèi)部浪涌測試設(shè)備的，Littelfuse的實驗室設(shè)施可供使用以驗證他們的應(yīng)用設(shè)計。這種測試可以盡可能地在早期發(fā)現(xiàn)問題，并得到及時糾正以避免任何現(xiàn)場問題的發(fā)生。

LED道路和停車場照明的安全性和可靠性保護(hù)

在為一些室內(nèi)商業(yè)照明，以及道路、停車場和車庫照明建立統(tǒng)一的性能和安全標(biāo)準(zhǔn)上，美國正起著帶頭作用。美國能源部（DOE）的市政固態(tài)路燈聯(lián)盟已經(jīng)發(fā)布了一項關(guān)于所有城市和直轄市使用的LED道路燈具的模板規(guī)范，詳細(xì)列出了性能、安全性和浪涌抗擾度的規(guī)范。這些城市和直轄市所進(jìn)行的更換和改造努力將需要大量的初始資本的前期投資。目前，LED燈具的成本幾乎是現(xiàn)階段高壓鈉燈的一倍。然而，他們的使用壽命預(yù)計將近100,000小時，這又幾乎是高壓鈉燈的4倍。美國能源部的目標(biāo)是通過建立強(qiáng)有力的安全性和浪涌標(biāo)準(zhǔn)以保護(hù)這些城市所做的LED燈具投資，以使得這些燈具可以在無任何維護(hù)的情況下至少維持5年時間。

在交流電源電路中低壓（1000V或更低）浪涌的特性描述上，美國能源部的要求和IEEE C.62.41-2002和IEEE的推薦實施規(guī)程是類似的，只有一些小的差異。類別對應(yīng)的是LED燈具的物理位置，是置于室內(nèi)還是室外。例如歸于類別C（高或低）中的戶外燈具更容易受到雷擊，因此要進(jìn)行最為嚴(yán)格的浪涌抗擾度測試。下面按類別對這些的相關(guān)測試做了總結(jié)。

設(shè)計工程師慎重選擇電路保護(hù)元件對于通過美國能源部建議的浪涌抗擾度波形測試來說尤為重要。由脈沖（如：6kV/3kA）產(chǎn)生的以A2s衡量的浪涌能量（i2t）是一個關(guān)鍵的參數(shù)。所考慮的保險絲脈沖周期承受能力以及其熔斷能量（i2t）應(yīng)與波形的浪涌能量進(jìn)行協(xié)調(diào)。金屬氧化物壓敏電阻的選擇也應(yīng)基于浪涌電流（如：3kA）、抗重復(fù)浪涌能力、額定電壓和鉗位電壓。

Littelfuse致力于通過提供用于所有浪涌水平的強(qiáng)勁的過電流和過電壓協(xié)同保護(hù)方案來協(xié)助LED照明制造商符合或超過這些規(guī)范的要求。Littelfuse在建議元件上進(jìn)行了大量的測試，且在大多數(shù)情況下執(zhí)行比上述規(guī)范所要求的更為嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。Littelfuse的保險絲、金屬氧化物壓敏電阻、TVS二極管和其他解決方案符合所要求的測試標(biāo)準(zhǔn)，并將提高整體照明燈具的可靠性。

企業(yè)的LED照明市場采用率預(yù)計將在未來幾年里全球范圍內(nèi)飆升，為這項技術(shù)帶來“光明”的前景。作為全球電路保護(hù)領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，Littelfuse致力于提供應(yīng)用支持、LED照明樣品包、標(biāo)準(zhǔn)解釋和測試，以確保我們的客戶滿足終端客戶的要求、事業(yè)蒸蒸日上。
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