LED的保護(hù)技術(shù)詳解

白光LED由于有著很多優(yōu)點(diǎn)，正在越來越多的進(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(shí)際使用中LED往往容易壞，道理何在呢？其實(shí)就是沒有考慮到LED的使用特點(diǎn)和對它加上保護(hù)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(jìn)行靜電防護(hù)。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(shí)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(hù)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?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?yàn)檫^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(hù)是實(shí)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(jìn)行保護(hù)

　　對LED的保護(hù)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(shí)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?yàn)長ED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(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能立即啟動保護(hù)，讓LED的供電通路就被斷開，使LED和電源都能得到保護(hù)，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?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(hù)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(fù)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(dá)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(hù)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(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(yàn)不好進(jìn)行。同時我們知道：LED光珠的損壞主要是因?yàn)殡娏鬟^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(hù)點(diǎn)很難掌握，這種器件就無法生產(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(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(shí)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(yàn)來選擇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)倍光珠來組合成一支整燈。我們可以在每個支路的前面加一支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，對整燈進(jìn)行保護(hù)。這種方式的好處是簡單，不占體積。我們一般是選用這種方式。就家用產(chǎn)品來說，這種保護(hù)在實(shí)際使用中的結(jié)果還是令人滿意的。

　　PTC的選用很講究，我們都是通過很長時間的實(shí)驗(yàn)才摸索出了較為準(zhǔn)確的對應(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，稱為摩擦起電。有許多因素會影響電荷的積累，包括接觸壓力、摩擦系數(shù)和分離速度等等。靜電電荷會不斷積累，如果沒有泄放通道，這個數(shù)值最后會達(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)度可以擊穿周圍物質(zhì)介質(zhì)為止。電介質(zhì)被擊穿后，靜電電荷會很快得到平衡，這種電荷的快速中和就稱為靜電放電。由于在很小的電阻上快速泄放電壓，泄放電流會很大，可能超過20安培，如果這種放電通過靜電敏感元件進(jìn)行，這么大的電流將對設(shè)計為僅導(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

　　在本世紀(jì)70前代以前，很多靜電問題都是由于人們沒有靜電防護(hù)意識而造成的，即使現(xiàn)在也有很多人懷疑靜電放電會對電子產(chǎn)品造成損壞。這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)靜電放電損害發(fā)生在人的感覺以下，因?yàn)槿梭w對靜電放電的感知電壓約為3KV，而許多電子元件在幾百伏甚至幾十伏時就會損壞，通常電子器件被靜電放電損壞后沒有明顯的界限，把元件安裝在設(shè)備上以后再檢測，結(jié)果出現(xiàn)很多問題，分析也相當(dāng)困難。特別是潛在損壞，即使使用精密儀器也很難測量出其性能有明顯的變化。但近年實(shí)驗(yàn)證實(shí)，這種潛在損壞在一定時間以后，電子產(chǎn)品的可靠性明顯下降。靜電造成的損壞絕對是真真實(shí)實(shí)的。

　　靜電的基本物理特性為：吸引或排斥，與大地有電位差，會產(chǎn)生放電電流。這三種特性能對電子元件有三種影響：

　?、凫o電吸附灰塵，降低元件絕緣電阻(縮短壽命)。

　?、陟o電放電破壞，使元件受損不能工作(完全破壞)。

　?、垤o電放電電場或電流產(chǎn)生的熱，使元件受傷(潛在損傷)。

　　第③種情況較為普遍，也很難被及時發(fā)現(xiàn)。

　　3、靜電對電子產(chǎn)品損害有哪些特點(diǎn)

　　(1)隱蔽性

　　人體不能直接感知靜電除非發(fā)生靜電放電，但是發(fā)生靜電放電人體也不一定能有電擊的感覺，這是因?yàn)槿梭w感知的靜電放電電壓為2-3KV，所以靜電具有隱蔽性。

　　(2)潛在性

　　有些電子元器件受到靜電損傷后的性能沒有明顯的下降，但多次累加放電會給器件造成內(nèi)傷而形成隱患。因此靜電對器件的損傷具有潛在性。

　　(3)隨機(jī)性

　　靜電的產(chǎn)生也有隨機(jī)性。其損壞也具有隨機(jī)性。

　　(4)復(fù)雜性

　　靜電放電損傷的失效分析工作，因電子產(chǎn)品的精、細(xì)、微小的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)而費(fèi)時、費(fèi)事、費(fèi)錢，要求較高的技術(shù)并往往需要使用掃描電鏡等高精密儀器。即使如此，有些靜電損傷現(xiàn)象也難以與其他原因造成的損傷加以區(qū)別，使人誤把靜電損傷失效當(dāng)作其他失效。

　　這在對靜電放電損害未充分認(rèn)識之前，常常歸因于早期失效或情況不明的失效，從而不自覺地掩蓋了失效的真正原因。所以靜電對電子器件損傷的分析具有復(fù)雜性。

　　4、如何控制靜電放電

　　從前面的分析可知靜電是由于物體接觸分離，甚至沒有接觸的感應(yīng)等方式產(chǎn)生的，可以說：在任何時間、任何地點(diǎn)都可能產(chǎn)生靜電。要完全消除靜電幾乎不可能的，但可以采取一些措施控制靜電不造成危害。

　　5、如何控制人體靜電(人體靜電防護(hù))

　　人體是最普遍存在的靜電危害源。對于靜電來說，人體是導(dǎo)體，所以可以對人體采取接地的措施。

　　(1)。使用防靜電地面/防靜電鞋/襪(靜電從腳導(dǎo)到大地)

　　通過腳穿防靜電性地面、地墊、地毯，人員穿上防靜電鞋襪，形成組合接地。

　　(2)。佩戴防靜電腕帶并接地(靜電從手導(dǎo)到大地)

　　通過手用以泄放人體的靜電。它由防靜電松緊帶、活動按扣、彈簧軟線。保護(hù)電阻及插頭或夾頭組成。松緊帶的內(nèi)層用防靜電紗線編織，外層用普通紗線編織。

　　僅從防靜電的角度考慮時，人體總的對地電阻越小越好，但最小值受到安全方面的限制，人體必須具有一定值的對地電阻，以便萬一發(fā)生金屬設(shè)備或裝置與工頻電源短接的情況下該電阻能夠限制流過操作的人體上的電流。最小值不應(yīng)小于105Ω，最大不超過109Ω。

　　7、防靜電鞋與腕帶的使用中要注意哪些問題

　　1、使用腕帶操作時不允許斷開，否則會失去接地作用。各種腕帶使用的主要問題是開路，有時是臨時性的，有時是長時間斷開，使失去接地作用。

　　2、腕帶扣得不緊造成人體皮膚與腕帶的接觸電阻變大

　　3、有些腕帶的電阻就是帶子本身的，當(dāng)帶觸及地時使其電阻大大減小，有可能因此造成對人體電擊的危險。

　　4、有些自稱是無線的腕帶，其效果遠(yuǎn)不如有線的好。

　　5、防靜電鞋在穿用時應(yīng)有防靜電襪/鞋墊，并在防靜電地面上工作才能使人體所帶的靜電導(dǎo)到大地，任何一部分電阻過大或斷開都會使人體帶上危害的靜電。所以在重要的部門應(yīng)有人體電阻測試儀隨時檢測人體所穿的鞋/襪/鞋墊及與人體的總電阻是否能起到泄漏靜電的要求。

　　6、腕帶應(yīng)用專門的帶插座的接地線與地連結(jié)，不能夾在桌面或桌邊的金屬體上，因?yàn)檫@些金屬體對地的電阻可能很大。

　　7、要經(jīng)常檢查腕帶的電阻

　　五、LED生產(chǎn)車間的靜電防護(hù)

　　車間工作區(qū)所使用的防靜電產(chǎn)品等器具，經(jīng)過一段時間后，電阻就有可能大于109，為了達(dá)到防靜電的目的，建議，主要創(chuàng)造以下四個方面的基本條件，一是確保人體防護(hù)措施的落實(shí);二是確保車間生產(chǎn)設(shè)備的靜電防護(hù);三是努力使生產(chǎn)車間和周圍環(huán)境達(dá)到防靜電要求;四是完善制度，制定操作規(guī)范，建立起嚴(yán)格的內(nèi)審檢查制度，確保該體系得以實(shí)施，注重對員工靜電意識的培訓(xùn);制定靜電防護(hù)用品的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，保證防護(hù)用品的質(zhì)量。

　　在測控手段方面，對工作區(qū)增添溫度和濕度監(jiān)測，每天記錄溫濕度;每月測量靜電壓;員工防靜衣、帽每洗一次后檢測一次表面電阻和摩擦電壓;防靜電臺墊等每年檢測一次表面電阻。車間門口設(shè)置人體綜合阻值測試儀;每月一次離子風(fēng)機(jī)的平衡電壓和靜電消散時間。生產(chǎn)過程中請注意采取適當(dāng)?shù)姆婪洞胧?，以下僅供參考：

　　必須能防止靜電產(chǎn)生：組裝人員操作時需穿戴防靜電服裝 (如防靜電衣服、帽子、鞋子、指套或手套等)必須能迅速將其表面或內(nèi)部的靜電散逸：組裝操作人員需配戴防靜電手腕帶。(腕帶必須連通接地系統(tǒng))能提供屏蔽保護(hù)受靜電突然放電或電場沖擊：

　?、俳M裝臺(工作臺)需使用防靜電臺墊，且接地。

　?、谑⒀bLED需使用防靜電元件盒。

　?、劾予F、切腳機(jī)、錫爐(或自動回流焊設(shè)備)均需接地。

　　作業(yè)過程中，盡可能避免直接觸摸發(fā)光管之管腳，取放時盡可能觸拿膠體部分。接地措施應(yīng)完全防止靜電產(chǎn)生，工作臺、烙鐵、切腳機(jī)、錫爐(或自動回流焊設(shè)備)之接地，必須用粗的鐵線引入泥土內(nèi)，，在鐵線未端系上大鐵塊，埋入地表1米以下，各接地線均需與主線連接在一起，操作人員配戴的靜電環(huán)若有引出線的，亦需將引出線接通埋地線上。半成品、成品檢測設(shè)備亦需接地。

　　LED包裝袋及半成品包裝材料要使用防靜電海棉或包裝。