解析LED燈保護技術(shù)
LED如果是正常使用,其壽命是非常長的。但人們在實際使用中LED往往容易壞,道理何在呢?其實就是沒有考慮到LED的使用特點和對它加上保護電路。
一、為什么要對LED進行保護
白光LED由于有著很多優(yōu)點,正在越來越多的進入人們的日常生活之中,它的使用量現(xiàn)在變得非常的巨大。它是新器件,有其自身使用上的特點。白光LED屬于電壓敏感型的器件。每支LED工作時電流不要超過20mA,超過太多LED就會很容易被燒毀。LED如果是正常使用,其壽命是非常長的。但人們在實際使用中LED往往容易壞,道理何在呢?其實就是沒有考慮到LED的使用特點和對它加上保護電路。 LED是光電半導(dǎo)體器件,在裝配過程中容易被靜電擊傷。這就需要在裝配過程中進行靜電防護。我們發(fā)現(xiàn)很多生產(chǎn)廠家的人沒有這個概念或根本不懂,這是不行的。 LED在實際工作中是以20mA的電流為上限,但往往會由于在使用中的各種原因而造成電流增大,如果不采取保護措施,這種增大的電流超過一定的時間和幅度后LED就會損壞。 二、造成LED損壞的原因 1.供電電壓的突然升高。讓供電電源電壓突然升高的原因就很多了,例如電源的質(zhì)量問題,或者用戶的不當(dāng)使用等等原因都可能讓供電的電源電壓突然升高。 2.線路中某個元件或印制線條或其它導(dǎo)線的短路而形成LED供電通路的局部短路,使這個地方的電壓增高。 3.某個LED因為自身的質(zhì)量原因損壞因而形成短路,它原有的電壓降就轉(zhuǎn)嫁到其它LED上。 4.燈具內(nèi)的溫度過高,使LED的特性變壞。 5.燈具內(nèi)部進了水,水是導(dǎo)電的。 6.在裝配的時候沒有做好防靜電的工作,使LED的內(nèi)部已經(jīng)被靜電所傷害。盡管施加的是正常電壓和電流值,也是極易造成LED的損壞。 這些原因都會造成LED電流的明顯大幅上升,很快LED的芯片就會因為過熱而被燒毀。根據(jù)我們的經(jīng)驗,LED燒毀后多數(shù)是兩極短路,少部分是斷路。每支LED約有3.2V左右的壓降,它燒毀后若是斷路這串LED就不發(fā)光了。若是短路這個電壓就轉(zhuǎn)給了其它的LED,造成其它LED的更大電流,其它LED就會更快的被燒毀,甚至危急電源。本來是小損壞就極容易的造成大事故。LED一般安裝在高處,安裝的時候就不容易,要維修就更難。所以LED的保護是實際的需求,但目前沒有被大家重視,也是很多人無奈沒有辦法處理的難題。 三、怎么對LED來進行保護 對LED的保護我們首先想到的是用保險管,但保險管是一次性的,而且反應(yīng)速度也太慢,既效果差實際使用也很麻煩,所以保險管不適宜用于現(xiàn)在LED燈成品中,因為LED燈現(xiàn)在主要是在城市的光彩工程和亮化工程。針對這種實際的需求,我們做了大量的實驗,并根據(jù)工程的要求總結(jié)出了LED保護電路要有的特點,它很苛刻:在超出正常使用電流時能立即啟動保護,讓LED的供電通路就被斷開,使LED和電源都能得到保護,在整個燈正常后又能夠自動恢復(fù)供電,不影響LED工作,關(guān)鍵是因為它是民用產(chǎn)品,所加的電路不能太復(fù)雜體積不能太大,成本要低。這些要求都是互相矛盾,互相制約的,實現(xiàn)起來很困難。 首先應(yīng)該確定選用哪種保護電路和保護器件。 1.我們可以選擇使用瞬態(tài)電壓抑制二極管(簡稱TVS)。瞬態(tài)電壓抑制二極管是一種二極管形式的高效能保護器件。當(dāng)它的兩極受到反向瞬態(tài)高能量沖擊時,能以10的負12次方秒極短時間的速度,使自己兩極間的高阻立即降低為低阻,吸收高達數(shù)千瓦的浪涌功率,把兩極間的電壓箝位在一個預(yù)定的電壓值,有效的保護了電子線路中的精密元器件。瞬態(tài)電壓抑制二極管具有響應(yīng)時間快、瞬態(tài)功率大、漏電流低、擊穿電壓偏差一致性好、箝位電壓較易控制、無損壞極限、體積小等優(yōu)點。 但是在實際使用中發(fā)現(xiàn)不是很理想。首先是要尋找滿足要求電壓值的TVS器件很不容易。TVS器件主要應(yīng)用于防雷和避雷,以及220V以上的過電壓吸收等,而LED燈的供電電壓一般是24V或12V,這種電壓值的TVS成品很少,試驗不好進行。同時我們知道:LED光珠的損壞主要是因為電流過大使芯片內(nèi)部過熱造成的。TVS只能探測過電壓不能探測過電流。過電壓肯定是過電流的原因,但是要選擇合適的電壓保護點很難掌握,這種器件就無法生產(chǎn)也就很難在實際中使用。 2.我們可以選擇自恢復(fù)保險管。自恢復(fù)保險管又稱為高分子聚合物正溫度熱敏電阻PTC,是由聚合物與導(dǎo)電粒子等構(gòu)成。在經(jīng)過特殊加工后,導(dǎo)電粒子在聚合物中構(gòu)成鏈狀導(dǎo)電通路。當(dāng)正常工作電流通過(或元件處于正常環(huán)境溫度)時,PTC自恢復(fù)保險絲呈低阻狀態(tài);當(dāng)電路中有異常過電流通過(或環(huán)境溫度升高)時,大電流(或環(huán)境溫度升高)所產(chǎn)生的熱量使聚合物迅速膨脹,也就切斷了導(dǎo)電粒子所構(gòu)成的導(dǎo)電通路,PTC自恢復(fù)保險絲呈高阻狀態(tài);當(dāng)電路中過電流(超溫狀態(tài))消失后,聚合物冷卻,體積恢復(fù)正常,其中導(dǎo)電粒子又重新構(gòu)成導(dǎo)電通路,PTC自恢復(fù)保險絲又呈初始的低阻狀態(tài)。在正常工作狀態(tài)自恢復(fù)保險管的發(fā)熱很小,在異常工作狀態(tài)它的發(fā)熱很高阻值就很大,也就限制了通過它的電流,從而起到了保護作用。它的體積小,成本低,可反復(fù)使用,實現(xiàn)了保護的自動啟動自動退出;它是固態(tài)封裝耐沖擊不容易被損壞;我們在實際的測試中發(fā)現(xiàn):由于它是熱敏感器件,受溫度的影響很大,由于PTC封裝在燈具的內(nèi)部,光珠肯定要發(fā)熱就要影響PTC的工作性能。對已經(jīng)確定的燈具可以通過試驗來選擇PTC,比較可靠的使用方法是讓它遠離發(fā)熱的燈珠。 |
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