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LED过流过热解决方法

来源:行业新闻    发布时间:2024-12-15 15:02:36

  )技术已经取得了快速的进展,而芯片设计和材料的改进促进了更亮、更耐用光源的开发,使光源应用场景范围日益扩大。但

  使用一个60瓦白炽灯泡的灯具大约产生900流明照度,一定要通过传导耗散3瓦热量。使用典型直流LED作为光源达到相同的900流明照度只需要十二个LED。假设顺向电压(VF)为3.2伏特,电流为350毫安,该灯具的输入功率可按下列公式1计算:

  在此情况下,约20%输入功率转换为光,80%则转换为热。这取决于多种因素,发热可能与底层不规则以及声子发射、密封、材料等有关。在LED产生的总热量中,有90%透过传导传输。表1为耗散来自LED接面的热量,传导是导热的主要通道,因为对流和辐射仅占全部热传输约10%。比如一个LED可能转换近10.72瓦热量(13.4瓦×0.8)。其中,9.648瓦(10.72瓦×0.9)透过传导从LED接面传输或迁移。显然,LED光源需要精确的功率和热管理系统,因为与其他光源相比,提供给LED的电能大部分转换为热量。如果没有适当的热管理,这种热量会影响LED寿命和色彩输出。同时由于LED驱动装置属于硅组件,很快就会失效,因此必须配备故障安全备用过电流保护装置。

  LED的光学性能因温度不同而呈现明显的差别。LED的发光量随接面温度上升而减少,对某些技术而言,发射波长也会随温度而变化。如果不对驱动电流和接面温度加以适当控制,LED效率会迅速下降,造成亮度减弱、寿命减少。与接面温度有关的另一个LED特性是顺向电压(图1),VF为经过LED顺向压降,当传导开始时,VF约为2伏特(对于红色LED)和3.5伏特(对于蓝色LED);TF为在PN接面上,LED内部的温度。如果该温度过高,LED将损坏;Ij为经过LED的顺向电流。如果仅使用一个简单的偏压电阻控制驱动电流,VF将随温度上升而下降,驱动电流增大。尤其对大功率LED而言,这将导致热崩溃,并造成组件失效。常见的做法是透过将LED安装在金属芯印刷电路板(PCB)上加速导热,从而控制接面温度。电线耦合瞬态和涌流也会减少LED寿命,许多LED驱动装置很容易因直流电压和极性错误而受损,LED驱动装置的输出也会因短路而受损或毁坏。多数LED驱动装置含有内置安全功能,包括热关机以及LED开路和短路检测。但是,要保护IC和其他敏感电子组件,在大多数情况下要额外的过流保护组件。

  LED是透过定电流驱动的,其顺向电压介于2~4.5伏特之间,与颜色和电流有关。旧式设计依靠简单电阻器限制LED驱动电流,但是基于厂家规定的典型顺向压降设计LED电路会导致LED驱动装置过热。当经过LED的顺向压降下降到远低于典型规定值的水平时,有极大几率会出现这种情况。在这类事件中,经过LED驱动装置的电压升高可能会引起来自驱动装置封装的总功率耗散更高,因此对性能或寿命产生不利影响。

  目前,多数LED应用利用功率转换和控制组件连接各种功率源,如交流电线、太阳能电池板或电池,来控制LED驱动装置的功率耗散。对这些接口加以保护,防止它们因过流和过温而受损,常常用到具有可复位能力的聚合物正温度系数(PPTC)组件(图2)。可以与功率输入串联一个PolySwitch LVR组件,防止因电气短路、电路超载或用户误操作而受损。此外,放在输入端上的金属氧化物变阻(MOV)也有助于LED模块内的过压保护。

  PolySwitch LVR也可放置在MOV之后。许多设备厂商选择能保护电路与具备上游故障安全保护的可重设定PolySwitch组件组合。在本例中,R1是与保护电路组合使用的镇流电阻,LED驱动装置容易因直流电压和极性错误而受损,输出也会因有害短路而受损或毁坏,带电埠也容易因过压瞬态受损,包括静电放电(ESD)脉冲。图3表示针对LED驱动装置和灯泡数组的典型电路保护设计,驱动装置输入上的PolyZen组件既为设计人员提供了传统钳位二极管的简单性,同时又避免了对大量散热片的需求。该组件有助于单个、小型封装内的瞬态抑制、反向偏压保护和过流保护。

  驱动输出上的PolySwitch组件有助于防止因有害短路或其他负载异常而受损,为了充分的发挥PolySwitch组件的作用,可以与金属芯电路板或LED散热片热接,此外,与LED并置的PESD组件也可以对静电放电加以保护。

  在照明系统中采用第二类功率源可成为减少相关成本、提高弹性的主要的因素之一。固有的有限功率源,如变压器、电源供应器或电池等,可以包含保护组件,只要不依靠它们限制第二类功率源的输出即可。非固有型的有限功率源,按照定义,具有一个分立保护组件,当电流和能量输出达到预定值时它会自动中断输出,各种电路保护组件都有助于提供LED照明应用第二类功率源的安全操作。图4表示了一种协同保护策略的工作原理,它在交流输入上采用了一个MOV,在输出电路分支上采用了一个PolySwitch组件,能够在一定程度上帮助厂商满足UL 1310第35.1小节针对开关和控制装置的过载试验要求。

  可重设PPTC组件可以有效的预防因LED照明应用中过流和过温故障造成的损害,MOV过压保护组件有助于厂家满足各种安全机构的要求,可提供大电流输送和能量吸收能力,并快速响应过压瞬态。与多数ESD保护组件相比,PESD组件电容极低,约0.25皮法,并且具有电子行业最普遍的形状系数。

  PolyZen组件既为设计人员提供了传统钳位二极管的简单性,同时又避免了对大量散热片的需求。这种单元件方案可以对因电源不正确使用导致的受损提供保护,并具有瞬态抑制、反向偏压保护能力,也可防止因过流事件而受损。在协同保护方案中使用这一些组件可以让设计人员减少组件数量,提供安全可靠的产品,满足监督管理的机构的要求,并减少保固和维修成本。

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