本文介紹了一些大型市場 LED 照明應(yīng)用及其對照明系統(tǒng)的威脅。它還討論了針對這些威脅的不同保護策略，并最大限度地提高了這種照明技術(shù)的可靠性。
    本文介紹了一些大型市場 LED 照明應(yīng)用及其對照明系統(tǒng)的威脅。它還討論了針對這些威脅的不同保護策略，并最大限度地提高了這種照明技術(shù)的可靠性。
    過去幾年 LED 照明的出現(xiàn)現(xiàn)已成熟，我們對照明的看法發(fā)生了徹底的變化。LED照明曾經(jīng)是科學(xué)家和“早期采用者”的寵兒，但現(xiàn)在已成為“主流”。這項技術(shù)有望真正終結(jié)飛漲的電費、熒光燈泡的冷光，以及延長燈泡使用壽命，使更換燈泡變得如此頻繁，以至于我們可能需要有關(guān)如何正確更換燈泡的說明！但 LED 照明真的兌現(xiàn)了這些承諾嗎？
    今年早些時候，在參觀最近翻新的工業(yè)空間時，主持人詳細介紹了為工廠車間提供一般照明的 LED 燈具的一些功能。他的聲明大致是“它們真的是很好的燈——而且有七年保修期！” 他的聲音中沒有一絲懷疑，但如果燈實際上不能持續(xù)那么長時間，他就不需要承擔(dān)維修/更換費用。如果這些 LED 燈過早失效——好吧，那是別人的問題——除非是你的雇主出售了 LED 照明燈具，那么也許那個“別人”就是你！
    讓我們看一下具有巨大市場的五種 LED 照明應(yīng)用，并討論照明系統(tǒng)面臨的威脅以及可部署以“強化”設(shè)計以實現(xiàn)最大可靠性的各種電路保護策略。
    主要重點是投資于有價值的電路保護。當(dāng)然，安全評級機構(gòu)（UL、ETL等）會要求最低限度的防火和人員安全措施。本文的真正目標(biāo)是經(jīng)濟有效地延長受保護設(shè)備的使用壽命（安全人員沒有解決這個問題）。價值不僅僅只是燈具的零售價值（盡管這肯定是一個因素），還包括有價值的功能（故障可能會使人員或其他設(shè)備處于危險之中）、難以進入（維修或更換的進入成本可能約為幅度大于設(shè)備成本），或設(shè)備銷售到可靠性是供應(yīng)商之間競爭點的市場。
    交流通用照明

 

  

     圖 1 中的框圖顯示了典型的工業(yè)照明燈具。第三塊顯示了交流線路 (BR) 的無變壓器整流、功率因數(shù)校正 (PFC) 電路，大多數(shù)工業(yè)照明燈具都包含電容器組，可將 120Hz 紋波平滑至可接受的水平。消防安全還需要在輸入端安裝保險絲，但在整個設(shè)計中添加過壓保護將有助于確保保險絲永遠不會熔斷，因為它可以保護關(guān)鍵電子元件，否則這些電子元件可能會發(fā)生故障并導(dǎo)致輸入端電流過大。橋式整流器 (BR) 中的二極管通常是電壓浪涌的第一個受害者。

    如果沒有輸入過壓保護，交流輸入浪涌將進入 DC/DC 電壓-電流轉(zhuǎn)換器模塊，其中開關(guān)電子器件將高壓直流輸入斬波為 LED 可用的電流包。這些電子設(shè)備的額定電壓為這些電路中的數(shù)百伏，但很容易被超過其額定值的單一事件損壞——附近的雷擊或工業(yè)電機關(guān)閉可能會導(dǎo)致數(shù)千伏的電壓尖峰。
    交流輸入端的高容量金屬氧化物壓敏電阻 (MOV) 器件網(wǎng)絡(luò)是限制電壓浪涌的首選解決方案。MOV 確實會隨著吸收的每一次浪涌而老化，因此請確保其尺寸足夠大。在路燈應(yīng)用中，電子設(shè)備基本上位于避雷針頂部，通常建議將 MOV 器件與線電壓硅 TVS 二極管器件結(jié)合使用。Littelfuse AK10-170C 是 120V 線路電壓的一種選擇。TVS 器件可提供精確的電壓鉗位，且無老化特性，但 TVS 也需要大量投資。如果預(yù)計維修成本非常高，并且需要呼叫公用事業(yè)服務(wù)卡車和工作人員，那么設(shè)計具有最佳電路保護的額外費用通常是合理的。
    在某些工業(yè)設(shè)計中，交流輸入保險絲的尺寸必須能夠承受非常大的 MOV 設(shè)備的浪涌電流，如圖 1 所示。在這些情況下，保險絲可能不夠靈敏，無法在開關(guān)部分（直流）故障時斷開。 /DC 轉(zhuǎn)換塊位于同一框圖中。）但是，可以在線路整流級（BR + PFC 塊）之后放置下游熔斷器，這與工作電流更匹配。但由于現(xiàn)在這是一個直流電路，因此必須使用專門的高壓直流熔斷器。Littelfuse 477 系列保險絲在設(shè)計時就考慮到了這種應(yīng)用。
    在某些設(shè)計中，LED 本身實際上與驅(qū)動器電子電路相距較遠。讓 LED 產(chǎn)生的熱量遠離驅(qū)動器電子設(shè)備有很多優(yōu)點。在某些路燈應(yīng)用中，電子器件位于底座中，LED 位于燈桿頂部。在這些設(shè)計中，可能需要提供額外的 TVS 器件來保護 LED 燈串免受感應(yīng)高電壓的影響，因為從驅(qū)動器電路到 LED 的長電線將充當(dāng)天線（參見 DC/DC 轉(zhuǎn)換后的 TVS 模塊，圖 1） 。
    采用引線鍵合 LED 結(jié)構(gòu)連接到長高壓串聯(lián)燈串的設(shè)計具有額外的故障模式，其中熱循環(huán)或機械振動會導(dǎo)致引線鍵合斷裂，從而導(dǎo)致 LED 開路。解決方案是使用開路 LED 旁路器件（圖 1），繞過開路 LED，保持燈串的平衡點亮。如果沒有這些設(shè)備，單個 LED 因開路而發(fā)生故障就會導(dǎo)致整個燈串熄滅。只要燈具保持指定的最小光輸出，某些保修可能允許一定比例的 LED 發(fā)生故障。
    交流源 LED 燈具（LED 燈“燈泡”）
    圖 1 也是典型 LED 交流燈具的框圖，但未使用某些保護元件。LED 照明燈具與更大、更昂貴的工業(yè)燈具具有相同的工作電路，但電路保護的威脅和動機卻截然不同。
    LED 燈具的銷售保修期極短，并且主要在價格上競爭。因此，設(shè)計人員面臨著降低成本的壓力，而電路保護通常是一個很容易偷工減料的地方，因為它對于燈泡的功能來說并不是必需的。有時可以通過使用薄電路板走線作為“窮人的保險絲”來滿足消防安全要求。這可以滿足組件短路或開路的安全測試，但它們不會中斷由于輸入級電解電容器泄漏而導(dǎo)致的過載情況。由此產(chǎn)生的故障模式令人恐懼，煙霧和難聞的氣味確實有可能發(fā)生。使用實際的保險絲是唯一真正的解決方案。
    交流工作照明
    白熾光是從懸掛在空中的電線發(fā)出的。白熾燈泡設(shè)計者花費了大量的時間和精力試圖將光重定向到特定的方向和光束模式。LED 的一個天然優(yōu)勢是 LED 光從表面發(fā)射并且具有很強的方向性，因此它們非常適合臺下照明和桌面燈。通常 LED 集成在燈具中，因此沒有可更換的部件。圖 1 也是上述的框圖。MOV 再次成為交流輸入的守護者，其尺寸通常按總設(shè)計成本的百分比確定。因此，更昂貴的裝置將需要更大、更有效的 MOV 裝置。
    指示燈照明
    是的，您可以說使用 LED 作為指示器并不是真正的照明應(yīng)用。但在一些設(shè)備齊全的房屋中，設(shè)備數(shù)量如此之多，以至于夜燈已經(jīng)完全被一系列 LED 指示燈所掩蓋——尤其是現(xiàn)在，如此多的電子產(chǎn)品都配有 LED 來指示電源已關(guān)閉！對于 LED 指示器，通常采用直流電路，該電路使用簡單的電阻器通過固定直流電壓源提供適當(dāng)?shù)碾娏鱽眚?qū)動 LED。雖然不是特別節(jié)能，但我們只討論 2 – 10 mW。關(guān)鍵是這些指示燈位于控制面板的前面，有時位于控制按鈕內(nèi)部，這使得它們成為 ESD 的主要目標(biāo)。