詳解LED的保護(hù)技術(shù)
一,為什么要對(duì)LED 進(jìn)行保護(hù)
白光LED由于有著很多優(yōu)點(diǎn),正在越來(lái)越多的進(jìn)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(diǎn)。白光LED屬于電壓敏感型的器件。每支LED工作時(shí)電流不要超過(guò)20mA,超過(guò)太多LED就會(huì)很容易被燒毀。LED如果是正常使用,其壽命是非常長(zhǎng)的。但人們?cè)趯?shí)際使用中LED往往容易壞,道理何在呢?其實(shí)就是沒(méi)有考慮到LED的使用特點(diǎn)和對(duì)它加上保護(hù)電路。
LED是光電半導(dǎo)體器件,在裝配過(guò)程中容易被靜電擊傷。這就需要在裝配過(guò)程中進(jìn)行靜電防護(hù)。我們發(fā)現(xiàn)很多生產(chǎn)廠家的人沒(méi)有這個(gè)概念或根本不懂,這是不行的。
LED在實(shí)際工作中是以20mA的電流為上限,但往往會(huì)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(hù)措施,這種增大的電流超過(guò)一定的時(shí)間和幅度后LED就會(huì)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(wèn)題,或者用戶(hù)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(xiàn)路中某個(gè)元件或印制線(xiàn)條或其它導(dǎo)線(xiàn)的短路而形成LED供電通路的局部短路,使這個(gè)地方的電壓增高。
3、某個(gè)LED因?yàn)樽陨淼馁|(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(guò)高,使LED的特性變壞。
5、燈具內(nèi)部進(jìn)了水,水是導(dǎo)電的。
6、在裝配的時(shí)候沒(méi)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(huì)造成LED電流的明顯大幅上升,很快LED的芯片就會(huì)因?yàn)檫^(guò)熱而被燒毀。根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn),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(gè)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(huì)更快的被燒毀,甚至危急電源。本來(lái)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(shí)候就不容易,要維修就更難。所以LED的保護(hù)是實(shí)際的需求,但目前沒(méi)有被大家重視,也是很多人無(wú)奈沒(méi)有辦法處理的難題。
三,怎么對(duì)LED來(lái)進(jìn)行保護(hù)
對(duì)LED的保護(hù)我們首先想到的是用保險(xiǎn)管,但保險(xiǎn)管是一次性的,而且反應(yīng)速度也太慢,既效果差實(shí)際使用也很麻煩,所以保險(xiǎn)管不適宜用于現(xiàn)在LED燈成品中,因?yàn)長(zhǎng)ED燈現(xiàn)在主要是在城市的光彩工程和亮化工 程。針對(duì)這種實(shí)際的需求,我們做了大量的實(shí)驗(yàn),并根據(jù)工程的要求總結(jié)出了LED保護(hù)電路要有的特點(diǎn),它很苛刻:在超出正常使用電流時(shí)能立即啟動(dòng)保護(hù),讓LED的供電通路就被斷開(kāi),使LED和電源都能得到保護(hù),在整個(gè)燈正常后又能夠自動(dòng)恢復(fù)供電,不影響LED工作,關(guān)鍵是因?yàn)樗敲裼卯a(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(shí)現(xiàn)起來(lái)很困難。
首先應(yīng)該確定選用哪種保護(hù)電路和保護(hù)器件
1、我們可以選擇使用瞬態(tài)電壓抑制二極管(簡(jiǎn)稱(chēng)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(hù)器件。當(dāng)它的兩極受到反向瞬態(tài)高能量沖擊時(shí),能以10的負(fù)12次方秒極短時(shí)間的速度,使自己兩極間的高阻立即降低為低阻,吸收高達(dá)數(shù)千瓦的浪涌功率,把兩極間的電壓箝位在一個(gè)預(yù)定的電壓值,有效的保護(hù)了電子 線(xiàn)路中的精密元器件。瞬態(tài)電壓抑制二極管具有響應(yīng)時(shí)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(wú)損壞極限、體積小等優(yōu)點(diǎn)。
但是在實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)不是很理想。首先是要尋找滿(mǎn)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(guò)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(yàn)不好進(jìn)行。同時(shí)我們知道:LED光珠的損壞主要是因?yàn)殡娏鬟^(guò)大使芯片內(nèi)部過(guò)熱造成的。TVS只能探測(cè)過(guò)電壓不能探測(cè)過(guò)電流。過(guò)電壓肯定是過(guò)電流的原因,但是要選擇合適的電壓保護(hù)點(diǎn)很難掌握,這種器件就無(wú)法生產(chǎn)也就很難在實(shí)際中使用。
2、我們可以選擇自恢復(fù)保險(xiǎn)管。自恢復(fù)保險(xiǎn)管又稱(chēng)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(guò)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(guò)(或元件處于正常環(huán)境溫度)時(shí),PTC自恢復(fù)保險(xiǎn)絲呈低阻狀態(tài);當(dāng)電路中有異常過(guò)電流通過(guò)(或環(huán)境溫度升高)時(shí),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(xiǎn)絲呈高阻狀態(tài);當(dāng)電路中過(guò)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(xiǎn)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(xiǎn)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(guò)它的電流,從而起到了保護(hù)作用。它的體積小,成本低,可反復(fù)使用,實(shí)現(xiàn)了保護(hù)的自動(dòng)啟動(dòng)自動(dòng)退出;它是固態(tài)封裝耐沖擊不容易被損壞;我們?cè)趯?shí)際的測(cè)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(duì)已經(jīng)確定的燈具可以通過(guò)試驗(yàn)來(lái)選擇PTC,比較可靠的使用方法是讓它遠(yuǎn)離發(fā)熱的燈珠。
在具體的電路中,有兩種方式可供使用時(shí)選擇:
1、分路保護(hù)。一般LED燈是分成很多串接支路。比如24V電壓,我們都是用7支LED光珠相串接再加一支電阻構(gòu)成,電流一般為17~19mA,根據(jù)需要我們可以選擇7的整數(shù)倍光珠來(lái)組合成一支整燈。我們可以在每個(gè)支路的前面加一支PTC元件分別進(jìn)行保護(hù)。這種方式的好處是精確性高,保護(hù)的可靠性好。
2、總體保護(hù)。在所有光珠的前面加接一支PTC元件,對(duì)整燈進(jìn)行保護(hù)。這種方式的好處是簡(jiǎn)單,不占體積。我們一般是選用這種方式。就家用產(chǎn)品來(lái)說(shuō),這種保護(hù)在實(shí)際使用中的結(jié)果還是令人滿(mǎn)意的。
PTC的選用很講究,我們都是通過(guò)很長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)驗(yàn)才摸索出了較為準(zhǔn)確的對(duì)應(yīng)數(shù)值。
四、LED的靜電防護(hù)
所有的物質(zhì)都由原子構(gòu)成,原子中有電子和質(zhì)子。
當(dāng)物質(zhì)獲得或失去電子,它將變成帶負(fù)電或正電,這些電荷在材料表面上積累我們就稱(chēng)之物體帶上了靜電。電荷積累通常因材料互相接觸分離而產(chǎn)生,也可由摩擦引起,稱(chēng)為摩擦起電。有許多因素會(huì)影響電荷的積累,包括接觸壓力、摩擦系數(shù)和分離速度等等。靜電電荷會(huì)不斷積累,如果沒(méi)有泄放通道,這個(gè)數(shù)值最后會(huì)達(dá)到很高,直到造成電荷產(chǎn)生的作用停止、電荷被泄放或達(dá)到足夠的強(qiáng)度可以擊穿周?chē)镔|(zhì)介質(zhì)為止。電介質(zhì)被擊穿后,靜電電荷會(huì)很快得到平衡,這種電荷的快速中和就稱(chēng)為靜電放電。由于在很小的電阻上快速泄放電壓,泄放電流會(huì)很大,可能超過(guò)20安培,如果這種放電通過(guò)靜電敏感元件進(jìn)行,這么大的電流將對(duì)設(shè)計(jì)為僅導(dǎo)通電壓是3V多和電流是20mA的LED造成嚴(yán)重傷害。
1、為什么要提高靜電的防護(hù)意識(shí)
在本世紀(jì)70前代以前,很多靜電問(wèn)題都是由于人們沒(méi)有靜電防護(hù)意識(shí)而造成的,即使現(xiàn)在也有很多人懷疑靜電放電會(huì)對(duì)電子產(chǎn)品造成損壞。這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)靜電放電損害發(fā)生在人的感覺(jué)以下,因?yàn)槿梭w對(duì)靜電放電
評(píng)論