隨著(zhù)社會(huì )的發(fā)展和大家對節能環(huán)保的意識不斷提高，LED燈具的市場(chǎng)前景將是一片光輝，不斷進(jìn)步的LED照明市場(chǎng)需要性能良好的硬件設備(燈具)，正確的硬件設計是產(chǎn)品成功的關(guān)鍵。前期在硬件設備設計時(shí)充分考慮各種干擾因素的影響會(huì )使燈具質(zhì)量得到很大的保證，對硬件設備進(jìn)行適當的過(guò)壓過(guò)流沖擊防護設計能夠大幅度地提高它的的使用壽命，減小維修成本，更好的滿(mǎn)足人們的需求。
LED元件的過(guò)壓過(guò)流損壞與干擾能量的發(fā)生次數或持續時(shí)間長(cháng)短無(wú)關(guān)，因為任何一次過(guò)壓過(guò)流干擾都可能導致LED損壞。這種損壞可以表現為器件立即失效，也可能在發(fā)生過(guò)壓過(guò)流干擾后許久才失效。LED芯片的小型化和LED燈具內部電器結構的復雜化正在使這一問(wèn)題變得更加嚴重。
一、LED的過(guò)壓過(guò)流故障現象
當出現過(guò)壓過(guò)流干擾時(shí)，元件性能會(huì )減弱或損壞。LED元件的過(guò)壓過(guò)流損壞與干擾能量的發(fā)生次數或持續時(shí)間長(cháng)短無(wú)關(guān)，因為任何一次過(guò)壓過(guò)流干擾都可能導致LED損壞。這種損壞可以表現為器件立即失效，也可能在發(fā)生過(guò)壓過(guò)流干擾后許久才失效。LED芯片的小型化和LED燈具內部電器結構的復雜化正在使這一問(wèn)題變得更加嚴重。燈具內LED芯片的過(guò)壓過(guò)流故障主要有以下兩種現象：
a、芯片內部焊接線(xiàn)損壞
過(guò)壓過(guò)流干擾導致的第一種失效模式是LED封裝內部的焊接線(xiàn)受損。這種損壞通常表現為接線(xiàn)燒斷。此外，過(guò)壓過(guò)流干擾還能導致靠近焊接線(xiàn)的其他材料(例如密封材料或熒光體)損壞。
b、芯片焊盤(pán)位置損壞
過(guò)壓過(guò)流干擾導致的另一種失效模式是LED芯片本體靠近焊盤(pán)的位置受損。
二、LED發(fā)生過(guò)壓過(guò)流干擾的主要原因
LED芯片發(fā)生過(guò)壓過(guò)流干擾的原因有多種，如浪涌、靜電，來(lái)自其他設備的脈沖信號干擾、燈具組裝時(shí)不恰當的工作方法、接地點(diǎn)不夠導致電流快速轉換引起高電壓等情況都會(huì )引起過(guò)壓過(guò)流干擾。但以下兩種情況是LED燈具生產(chǎn)與使用過(guò)程中造成過(guò)壓過(guò)流干擾的主要原因。
a、靜電放電ESD
靜電放電是大多數電子元件在生產(chǎn)、運輸、加工過(guò)程中不可避免的風(fēng)險。雖然目前大多數的LED芯片自身已經(jīng)具有防靜電干擾的設計一般為2kV，但靜電放電依舊是LED芯片在燈具生產(chǎn)環(huán)節損壞的主要原因。
b、短時(shí)間的過(guò)負荷
短時(shí)間的過(guò)負荷即短時(shí)間內LED的輸入電壓或電流超過(guò)其額定值如浪涌電壓或雷擊。過(guò)負荷一般只持續極短的時(shí)間通常不會(huì )超過(guò)500ms類(lèi)似的電壓或電流稱(chēng)為尖峰電壓或尖峰電流。短時(shí)間的過(guò)負荷是LED芯片在燈具正常使用過(guò)程中損壞的主要原因。
三、LED過(guò)壓過(guò)流干擾的防護方法
1、防止靜電放電損壞LED的方法
靜電放電是LED芯片的隱形殺手。LED燈具生產(chǎn)過(guò)程中每個(gè)階段的每個(gè)步驟都可能使LED受到靜電的損傷。靜電防護就是消除靜電或把靜電電壓控制在允許的范圍內使它不致產(chǎn)生危害。生產(chǎn)過(guò)程中靜電防護的主要措施為：
a、保證車(chē)間生產(chǎn)人員及生產(chǎn)設備的靜電防護。(屏蔽與接地)
b、盡可能的使生產(chǎn)車(chē)間和周?chē)h(huán)境達到防靜電要求。(中和、增濕、屏蔽與接地)
c、采用靜電保護器(ESD)對各接口芯線(xiàn)對地做靜電防護。(靜電泄露、耗散)
依照上述防靜電措施進(jìn)行操作，將靜電防護工作當作一項長(cháng)期的系統工程，防止任何環(huán)節的失誤或疏漏，加上LED芯片有一定的防靜電干擾功能，則在生產(chǎn)過(guò)程中可以有效地防止靜電放電對LED的損傷。
2、防止LED芯片短時(shí)間過(guò)負荷的方法
防護瞬間過(guò)電壓或過(guò)電流等LED短時(shí)間過(guò)負荷現象常用的器件有瞬態(tài)抑制二極管TVS，熱敏電阻MOV，浪涌靜電硅抑制器SET等。目前LED燈具防過(guò)負荷設計方案分為兩種：第一種為保險絲、壓敏電阻MOV、瞬態(tài)抑制二極管TVS組合形成的電源輸入端保護電路，一般用在LED燈具電控系統的輸入端口防止在正常運行時(shí)由于電源瞬間浪涌干擾原因造成的LED故障。第二種為瞬態(tài)抑制二極管TVS、負溫度系數熱敏電阻器(NTC)過(guò)負荷保護電路，一般串聯(lián)在LED芯片組成的照明電路中，防止LED燈具通電開(kāi)啟瞬間造成的LED損傷。以下對這兩種方法分別予以討論。
2.1、防止電源瞬間浪涌干擾造成LED損傷的的保護方案
方案中主要用到壓敏電阻MOV及瞬態(tài)抑制二極管TVS做過(guò)壓防護，壓敏電阻是一種具有電壓電流對稱(chēng)特性的電壓屬性電阻器，它主要用來(lái)保護電子元件免受尖峰電壓或尖峰電流的影響。壓敏電阻在常態(tài)時(shí)對受保護的電子元件具有很高的阻抗，而且不會(huì )改變電路特性，但當瞬間尖峰電壓出現越過(guò)壓敏電阻的擊穿電壓時(shí)，該壓敏電阻的阻抗會(huì )變低(僅有幾歐姆)，并造成原線(xiàn)路短路，從而對電子產(chǎn)品或元件進(jìn)行保護。將壓敏電阻接入LED燈具電源輸入端，可防止在正常運行時(shí)由于電源瞬間浪涌干擾造成的LED故障。正常運行時(shí)一旦電網(wǎng)電壓升高，壓敏電阻會(huì )瞬間擊穿短路，對過(guò)壓能量進(jìn)行吸收和泄放，從而有效的防止過(guò)電壓進(jìn)入受保護線(xiàn)路。方案中用到2個(gè)保險絲Fuse1和Fuse2，其中Fuse1在壓敏電阻的前端，用來(lái)防止壓敏電阻失效而短路，但也要通過(guò)雷擊大電流。因此，通常選用慢融性保險絲，其不承擔過(guò)載短路的作用;而Fuse2是用來(lái)防止過(guò)載，選用快熔性保險絲，不承擔浪涌電流，可以根據負載額定電流選擇合適的保險絲。后端為瞬態(tài)抑制二極管TVS是對前級壓敏電阻的殘余能量進(jìn)行進(jìn)一步的吸收和泄放。更好的保護后端負載。
2.2、防止通電瞬間損傷LED的保護方案
在LED燈具剛剛通電時(shí)會(huì )產(chǎn)生一種常見(jiàn)的瞬間過(guò)電流現象，這種現象被稱(chēng)為浪涌電流�？梢圆捎迷跓艟邇炔侩娐肥褂肗TC電阻器的方法實(shí)現LED燈具的浪涌電流保護。具體而言，就是在燈具剛剛通電時(shí)NTC器件提供一個(gè)高電阻值來(lái)保護LED免受浪涌電流的損壞，在過(guò)渡時(shí)間之后NTC電阻器的電阻會(huì )降低到可忽略不計的數值。方案中的瞬態(tài)抑制二極管TVS對瞬間的浪涌能量提供一條通路，保護后端LED燈珠不受影響。
2.3、防止LED燈珠開(kāi)路(電源極性反接保護)的保護方案
當LED輸入端有高壓脈沖時(shí)會(huì )導致后端芯片及LED燈損壞，而瞬態(tài)抑制二極管TVS可以對高壓脈沖進(jìn)行吸收和箝端電路可承受的范圍內，從而消除了由輸入端帶來(lái)的干擾。O.C.P為半導體過(guò)壓型保護器件，當燈珠兩端有靜電和過(guò)電壓時(shí)可瞬間吸收和箝位，把電壓降低，并且當LED開(kāi)路損壞時(shí)，電流無(wú)法流過(guò)損壞的LED燈珠，此時(shí)電源的電壓全部加在O.C.P上，很快O.C.P兩端的電壓就達到了它的開(kāi)關(guān)電壓，O.C.P開(kāi)始工作，隨后將電壓降低到1V左右，電流從O.C.P流過(guò)也經(jīng)過(guò)了其它的LED燈珠，其它的燈珠又亮了起來(lái)。當LED燈串被反向通上電源時(shí)，所有保護器O.C.P都會(huì )開(kāi)始導通，將這些被保護的LED上的電流分流以保護它們不受傷害。在反向電極糾正之后，保護器會(huì )關(guān)閉，LED正常工作。 |
