LED燈的最新保護(hù)技術(shù)
一.為什么要對LED進(jìn)行保護(hù)
白光LED 由于有著很多優(yōu)點,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。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(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(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(hù)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(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(hù)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(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(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。
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(jìn)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(hù)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(hù)作用。它的體積小,成本低,可反復(fù)使用,實現(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(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驗才摸索出了較為準(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。這是因為大多數(shù)靜電放電損害發(fā)生在人的感覺以下,因為人體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。但近年實驗證實,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實的。
2、 靜電對電子產(chǎn)品損害有哪些形式?
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: