1、LED 燈具損壞常見原因及電路保護方案 2010/9/9/14:24 來源:中國建材網大功率白光 LED 作為新型綠色照明技術，有光轉換效率高、能耗低、壽命長、 無需維護等優點，逐漸被應用于各種照明領域。LED 的長壽命是基于其安全的工作 環境，對于 LED 照明來講,主要有兩種威脅影響其壽命：一是過電沖擊，就是 LED 上施 加的電流超過該 LED 技術數據手冊中的最大額定電流，包括過壓引起的過電沖擊；另 一種是過熱損傷。這些損壞可以表現為器件的立即失效，也可能發生在過電流沖擊事件后許久才失效，縮短 LED 工作壽命。LED 燈具損壞的原因LED 燈具失效一是來源于電源和驅動的失效，二是來源

2、于 LED 器件本身的失 效。通常 LED 電源和驅動的損壞來自于輸入電源的過電沖擊(EOS 以及負載端的斷 路故障。輸入電源的過電沖擊往往會造成驅動電路中驅動芯片的損壞，以及電容等被動元件發生擊穿損壞。負載端的短路故障則可能引起驅動電路的過電流驅動，驅動電路有可能發生短路損壞或有短路故障導致的過熱損壞。LED 器件本身的失效主要有以下幾種情況。1瞬態過流事件瞬態過流事件是指流過 LED 的電流超過該 LED 技術數據手冊中的最大額定電 流，這可能是由于大電流直接產生也可能是由高電壓間接產生，如瞬態雷擊、開關電 源的瞬態開關噪聲、電網波動等過壓事件引起的過流。這些事件都是瞬態的，持續 時間極短

3、，通常我們將其稱為尖峰，如電流尖峰” 電壓尖峰”造成瞬態過流事件 的情況還包括 LED接通電源，或是帶電插拔時的瞬態過電流。對于汽車中的 LED 照明,ISO7637-2 的瞬態拋負載浪涌沖擊則是其正常工作的 一個重要威脅。LED 遭受過電沖擊后的失效模式并非固定，但通常會導致焊接線損壞，如圖 1 所 示。這種損壞通常由極大的瞬態過電流引起。除了導致焊接線燒斷外，還可能導致靠近焊接線的其他部分損壞，例如密封材料。2.靜電放電事件靜電放電（ESD 損壞是目前高集成度半導體器件制造、運輸和應用中最為常見 的一種瞬態過壓危害，而 LED 照明系統則須滿足 IEC61000-4-2 標準的 人體靜電放

4、 電模式”8kV 接觸放電，以防止系統在靜電放電時有可能導致的過電沖擊失效。LEDPN 結陣列性能將出現降低或損壞，如圖 2 所示。 ESD 事件放電通路導致的 LED芯片的內部失效,這種失效可能只是局部功能損壞，嚴重的話也會導致 LED 永 久損壞。對于接近 80%能量都轉化為熱量的 LED 照明設計而言，熱管理和故障過熱保護 是其面臨的一個挑戰。理論和實踐都已經證明 丄 ED 的性能和壽命是與 LED 的 PN 結工作溫度緊密相關。當 LED 芯片內結溫升高 10C,光通量就會衰減 1%, LED 的 壽命就會減少50%。電源及驅動電路的保護由于 LED 電源和驅動電路容易遭受過電沖擊和短

5、路故障而損壞，因此在驅動電路設計中要充分考慮各種故障狀態的保護措施，以提高電路的可靠性，從而降低返修 率。泰科電子的 LVR 系列 PTC 可以實現交流電源的過流和短路保護，ROV 用于過 電沖擊和浪涌保護。POLYZEN 系列是用于直流電源輸入口的過壓過流綜合保護元 件丄 ED 燈串中的表面貼系列則是實現負載過流或斷路故障保護（圖 3。PPTC 在 LED 照明中的過流和過熱保護雖然許多高端 LED 驅動器件逐漸集成了過流、過熱等保護功能，但在許多場合, 特別是過熱保護方面，仍然需要分立元器件方案作為協同保護方案，以使燈具具有更 高的可靠性和更長的壽命。PPTC 是指高分子聚合物正溫度熱敏電

6、阻，是由聚合物與導電粒子等構成，經過 特殊加工后，導電粒子在聚合物中構成鏈狀導電通路。當正常工作電流通過（或元件 處于正常環境溫度時,PPTC 呈低阻狀態。 當電路中有異常過電流通過（或環境溫度 升高時，大電流（或環境溫度升高所產生的熱量使聚合物迅速膨脹，切斷了導電粒子所 構成的導電通路，PPTC 呈高阻狀態。當電路中過電流（超溫狀態排除后，聚合物冷卻，體積恢復正常，其中導電粒子又重新構成導電通路,PPTC 又呈初始的低阻狀態。 PPTC 的體積小,成本低，可反復使用，實現了電路保護的自動啟動和自動恢復。在 LED 照明中,根據燈具應用場合的不同有不同的過熱保護方式，通常分為兩 種。一種方式是

7、達到規定溫度立即啟動關斷保護（圖 4,此種保護通常應用于道路交 通信號燈。另一種方式是到一定溫度啟動保護，進行降電流驅動（圖 5,此種保護通常 應用于室內照明和道路照明。泰科電子針對 LED 照明應用開發了一款 PolySwitch 產品。該產品在環境溫度 65C下可以保證 350mA 電流正常通過，可在環境溫度超過 85C時進行保護，通過合 理設計、配置，可以分別以關斷或調暗的方式對 LED 燈具進行保護。串并聯相結合的巨型陣列照明或景觀燈的過流和過熱保護在成本與保護方案的 相互平衡中，通常有兩種保護方案可以采用。一是分路保護（圖 6:對多串的 LED 系 統,可以在每隔支路上串聯一顆 PP

8、TC 分別進行保護。這種方式的好處是可以實現精確保護，不會因為某一支路的故障而導致整個燈具的不工作，保護的可靠性好。二是主干路保護（圖 7:這種保護就是在燈具的主回路上串聯一顆 PPTC對整個燈具進行保護。這種方式的好處是成本低，占板面積小。此外,PPTC 可以作為溫度傳感器與 LED 驅動器配合使用，實現 LED 陣列照明的 過熱保護（圖 8,在大型陣列照明中，由于 LED 燈串眾多且結構較為復雜，在實際應用 中容易出現過熱故障的位置，往往并不固定于某個特定的位置，因此單顆過熱檢測器 件很難提供完善的過熱保護。PPTC 在正常工作下的低電阻以及正溫度系數特性，可 以方便地將數顆 PPTC 串

9、聯于熱保護檢測電路，實現多點過熱監控。將多個 PPTC 串 聯、并安裝于可能出現過熱的部位。由于 PPTC 的低電阻,THRM 引腳電平為 0,電 源電路正常工作。當燈具某處或多處發生過溫故障時 ,THRM 回路中的一顆或幾顆 PPTC 受熱,電阻急劇上升,THRM 引腳電平變為高電平，從而啟動 LED 驅動器設計的過熱保護方案，實現過熱關斷或過熱折減驅動。這種解決方案對LED 面光源的過熱保護而言經濟有效。泰科電子可以為客戶提供相關的設計及驗證服務。本文小結：PPTC 由于其本身的諸多特點，非常適合于 LED 照明系統的過流和過 熱保護，在設計中可以將 PTC 安裝在金屬芯電路板或 LED 散熱板以實現最好的熱