自恢復保險絲在LED產(chǎn)品中的應用電路

自恢復保險絲在LED產(chǎn)品中的應用電路

一、剛剛開(kāi)始起步成本高

照明成本不僅涉及燈具的初始成本，還涉及燈具所消耗的能源成本，燈具無(wú)法正常工作時(shí)更換燈具所需的勞動(dòng)成本，以及所需燈具更換的平均頻率。從這一概念出發(fā)就很容易理解，為什么LED光源是白熾燈光源價(jià)格的50倍左右時(shí)，LED交通信號燈的市場(chǎng)就開(kāi)始啟動(dòng)，而當達到28倍時(shí)，就已形成新興產(chǎn)業(yè)。目前半導體照明主要以光色照明和特殊照明為主，以后將向普通照明擴展。具體來(lái)講，近幾年內，半導體照明市場(chǎng)將廣泛應用在各種信號燈、景觀(guān)照明、櫥窗照明、建筑照明、廣場(chǎng)和街道的美化、家庭裝飾照明、公共娛樂(lè )場(chǎng)所美化和舞臺效果照明等領(lǐng)域。事實(shí)上，我們身邊已經(jīng)隨處可見(jiàn)它的身影：電腦顯示燈、手機按鍵和屏幕的背光源、汽車(chē)尾燈、建筑物燈光、交通信號燈……等等。 二、不一致性帶來(lái)的問(wèn)題：

理論上LED都一樣，都是能發(fā)光的二極管，而實(shí)際上所有LED的電性能都是有差異的，眾多的廠(chǎng)家都在搶生產(chǎn)進(jìn)度、抓數量；每個(gè)廠(chǎng)家的生產(chǎn)工藝是不一致的，甚至相差很大，就是同一廠(chǎng)家的不同時(shí)間的工藝都是有差異的；生產(chǎn)發(fā)光二極管的半導體材料的純度要求非常高，不同廠(chǎng)家使用的半導體原材料的純度是有差異的，這就使LED的發(fā)光強度與驅動(dòng)電流是不完全相同的，或者相差很大，而且耐過(guò)電流能力和發(fā)熱的差異也就自然而然的不同了；由于封裝工藝和封裝材料的不同，使得整體的散熱能力是不一樣的，所有的廠(chǎng)家都在研究和開(kāi)發(fā)新材料，以求解決組合材料的熱彭脹與散熱的問(wèn)題。由此不難看出,LED發(fā)光二極管在短期內仍存在個(gè)體之間的很大的差異，如果每個(gè)燈只用一個(gè)LED，那是很好控制的，而且是真正的長(cháng)壽命，例如電視機、DVD上的電源指示燈就是如此；而當我們用LED制作照明燈具時(shí)，就不是用單個(gè)的LED，而是用多個(gè)，或上百上千個(gè)LED排成陣列接入電路，再者，需要的亮度就不是指示燈所能做到的，而電流大了、小了亮度都要減弱，且會(huì )使壽命大打折扣，甚而致于未出廠(chǎng)就壞掉了；因LED的差異性總是存在的，在多個(gè)LED組成的連路中，當有幾個(gè)壞掉時(shí)(通常是短路)，會(huì )使電流增大而損壞其他的LED。這就是不一致性帶的結果，也是制約其發(fā)展的因素之一。

a.在電壓匹配方面，LED不象普通的白熾燈泡，可以直接連接220V的交流市電。LED是2--3.伏的低電壓驅動(dòng)，必須要設計復雜的變換電路，不同用途的LED燈，要配備不同的電源適配器。

b.在電流供應方面，LED的正常工作電流在15mA-18mA，供電電流小于15mA時(shí)LED的發(fā)光強度不夠，而大于20mA時(shí)，發(fā)光了強度也會(huì )減弱，同時(shí)發(fā)熱大增，老化加快、壽命縮短，當超過(guò)40mA時(shí)會(huì )很快損壞。為了延長(cháng)LED照明燈的使用壽命，簡(jiǎn)易電源是不能使用的，而常用集成電路電源、電子變壓器、分離元件電源等，但都要設計恒流源電路和恒壓源電路供電的方式，大電流驅動(dòng)時(shí)，要配大功率管或可控硅器件，另加保護電路，這樣就使LED的電源供應器電路很復雜，故障率增加。元件成本、生產(chǎn)成本、服務(wù)成本都將升高。而目前LED本身的成本就高，加上電源的成本，這就大大地限制了市場(chǎng)的競爭力與購買(mǎi)群體，LED照明燈的優(yōu)勢大打折扣，這也是制約其發(fā)展與普及的又一關(guān)鍵問(wèn)題。 四、解決問(wèn)題的方法與可行性分析：

解決問(wèn)題的方法可用自復位過(guò)流保護器WHPTC元件

如果用WHPTC過(guò)流保護器作保護，將是另外一種結果，從原理可知，當電路的電流超過(guò)規定值時(shí)會(huì )訊速的自動(dòng)保護，在排除故障后又自動(dòng)復位，無(wú)需人工更換。對LED而言，電壓的變化不是LED損壞的直接原因，而電流的增大才是LED的真正殺手。顯而易見(jiàn)，利用WHPTC的這個(gè)特性，在LED的電路保護上具有絕對的優(yōu)勢，讓簡(jiǎn)易電源供電變?yōu)楝F實(shí)。實(shí)踐證明，在LED電路出現故障以前就有效保護了。在簡(jiǎn)易電源上，這個(gè)優(yōu)勢特別突出。對如下3圖分析可見(jiàn)，因有了WHPTC后可省去恒流、恒壓電路， LED的質(zhì)量也提高了。器件成本、生產(chǎn)成本、故障率、服務(wù)成本等，都大大降低。也大大增加了產(chǎn)品的市場(chǎng)競爭力。所以誰(shuí)先使用WHPTC，誰(shuí)先占領(lǐng)市場(chǎng)。

使用WHPTC前后的拓撲結構比較圖

淺談LED產(chǎn)品老化 我們在應用LED時(shí)經(jīng)常會(huì )出現這樣種問(wèn)題，LED焊在產(chǎn)品上剛開(kāi)始的時(shí)候是正常工作的，但點(diǎn)亮一段時(shí)間以后就會(huì )出現暗光、閃動(dòng)、故障、間斷亮等現象，給產(chǎn)品帶來(lái)嚴重的損害。引起這種現象的原因大致有：

1．應用產(chǎn)品時(shí)，焊接制程有問(wèn)題，例如焊接溫度過(guò)高焊接時(shí)間過(guò)長(cháng)，沒(méi)有做好防靜電工作等，這些問(wèn)題95％以上是封裝過(guò)程造成。

2．LED本身質(zhì)量或生產(chǎn)制程造成。 預防方法有：

1.做好焊接制程的控制。

2.對產(chǎn)品進(jìn)行老化測試。

老化是電子產(chǎn)品可靠性的重要保證，是產(chǎn)品生產(chǎn)的最后必不可少的一步。LED產(chǎn)品在老化后可以提升效能，并有助于后期使用的效能穩定。LED老化測試在產(chǎn)品質(zhì)量控制是一個(gè)非常重要的環(huán)節，但在很多時(shí)候往往被忽視，無(wú)法進(jìn)行正確有效的老化。LED老化測試是根據產(chǎn)品的故障率曲線(xiàn)即浴盆曲線(xiàn)的特征而采取的對策，以此來(lái)提高產(chǎn)品的可靠性，但這種方法并不是必需的，畢竟老化測試是以犧牲單顆LED產(chǎn)品的壽命為代價(jià)的。

LED老化方式包括恒流老化及恒壓老化。恒流源是指電流在任何時(shí)間都恒定不變的。有頻率的問(wèn)題，就不是恒流了。那是交流或脈動(dòng)電流。交流或脈動(dòng)電流源可以設計成有效值恒定不變，但這種電源無(wú)法稱(chēng)做「恒流源」。恒流老化是最符合LED電流工作特征，是最科學(xué)的LED老化方式；過(guò)電流沖擊老化也是廠(chǎng)家最新采用的一種老化手段，通過(guò)使用頻率可調，電流可調的恒流源進(jìn)行此類(lèi)老化，以期在短時(shí)間內判斷LED的質(zhì)量預期壽命，并且可挑出很多常規老化無(wú)法挑出的隱患LED。 有效防止高溫失靈-PTC熱敏電阻用作LED限流器 近年來(lái)，發(fā)光二極管(簡(jiǎn)稱(chēng)LED)的發(fā)展已取得巨大進(jìn)步：已從純粹用作指示燈發(fā)展為光輸出達100流明以上的大功率LED。不久之后，LED照明的成本將降至與傳統冷陰極熒光燈(簡(jiǎn)稱(chēng)CCFL)類(lèi)似的水平。這使得人們對LED的下述應用興趣日濃： 汽車(chē)照明燈、建筑物內外的LED光源、以及筆記本電腦或電視機LCD屏的背光。 大功率LED技術(shù)的發(fā)展提高了設計階段對散熱的要求。就像所有其它半導體一樣，LED不能過(guò)熱，以免加速輸出的減弱，或者導致最壞狀況：完全失效。與白熾燈相比，雖然大功率LED具有更高效率，但是輸入功率中相當大的一部分仍變成熱能而非光能。因而，可靠的運作就需要良好的散熱，并要求在設計階段就考慮高溫環(huán)境。 　　設計LED驅動(dòng)電路尺寸時(shí)，也必須考慮溫度因素：必須選擇其正向電流，以確保即使環(huán)境溫度達到最高值，LED芯片也不會(huì )過(guò)熱。隨著(zhù)溫度的升高，就需要通過(guò)降低最高容許電流，即降低額定值，來(lái)實(shí)現降溫。LED制造商把降額曲線(xiàn)納入其產(chǎn)品規格中。有關(guān)此類(lèi)曲線(xiàn)，參見(jiàn)圖1。

圖1 LED降頻曲線(xiàn)

利用無(wú)溫度依賴(lài)性的電源運行LED存在弊端：在高溫區域內，LED則超出規格范圍運行。此外，當處于低溫區域時(shí)，照明源就由明顯低于最大容許電流(參見(jiàn)圖1紅色曲線(xiàn))的電流供電。如圖1的綠色曲線(xiàn)所示，通過(guò)LED驅動(dòng)電路中的正溫度系數熱敏電阻(簡(jiǎn)稱(chēng)PTC熱敏電阻)來(lái)控制LED電流是一個(gè)重大改進(jìn)。這至少可以帶來(lái)下列好處：

*在室溫下增加正向電流，從而增加光輸出

*因為可以減少LED使用量，所以可以使用價(jià)格較低的驅動(dòng)集成電路(簡(jiǎn)稱(chēng)IC)乃至一個(gè)不帶溫度管理的驅動(dòng)電路來(lái)節約成本

*實(shí)現無(wú)需IC控制的驅動(dòng)電路設計，此電路亦可使LED電流隨溫度改變

*能夠使用較便宜減額值較高安全裕量較小的LED

*過(guò)熱保護功能提高了可靠性

*帶散熱片的熱機械設計更為簡(jiǎn)單

大多數LED用驅動(dòng)電路形式具有一個(gè)共同點(diǎn)：即流經(jīng)LED的正向電流是通過(guò)固定電阻進(jìn)行設置(參見(jiàn)圖2)。一般說(shuō)來(lái)，流經(jīng)LED ILED的電流取決于Rout，即ILED ~ 1/Rout。由于Rout不隨溫度而變，因此LED電流也不受溫度影響。

將固定電阻換成隨溫度變化的電路，即可實(shí)現對LED電流的溫度管理。下列圖表闡明了如何使用PTC熱敏電阻來(lái)改善標準電路。