隨著LED照明燈具的逐步發(fā)展，在亮化工程輔助照明等公共場合，LED照明燈具漸漸替代了一些傳統(tǒng)光源產(chǎn)品。LED行業(yè)在近些年得到了較快發(fā)展，全球LED各應(yīng)用領(lǐng)域中，通用照明和汽車照明領(lǐng)域?yàn)樵鏊僮羁斓氖袌觯蔀橥苿游磥鞮ED市場規(guī)模快速增長重要驅(qū)動因素。

1.智能照明:隨著LED照明產(chǎn)品價(jià)格持續(xù)下降，LED照明市場迅速增長。技術(shù)的進(jìn)步，也使得LED照明技術(shù)從最初的簡單照明向智能照明發(fā)展。智能照明不僅可以實(shí)現(xiàn)照明系統(tǒng)的智能控制，同時(shí)也成為互聯(lián)網(wǎng)的一個入口，從而衍生更多高附加值的服務(wù)，例如健康管理、地圖定位、商品導(dǎo)購與廣告等。從傳統(tǒng)照明進(jìn)入智能照明，市場需求無疑是推動這一舉動的強(qiáng)大動力。不可否認(rèn)，智能照明發(fā)展是大勢所趨。

2.汽車照明：我國汽車產(chǎn)銷量超過2000萬輛，已連續(xù)五年蟬聯(lián)全球第一，龐大的汽車市場帶動著相關(guān)汽車配件行業(yè)蓬勃發(fā)展，其中LED汽車照明市場的增長更為快速，增長幅度遠(yuǎn)超汽車相關(guān)產(chǎn)業(yè)的平均增速。截至2015年底，汽車照明需要完成二氧化碳的減排目標(biāo)。作為公認(rèn)的低碳環(huán)保照明的典型代表，LED有望納入汽車照明升級改造的范圍，由此意味著百億、甚至于千億級的市場需求。

但由于LED使用環(huán)境的復(fù)雜性，人們在實(shí)際使用中LED往往容易壞，其實(shí)就是因?yàn)闆]有考慮到LED的使用特性以及應(yīng)有的保護(hù)。尤其是當(dāng)LED是用在戶外時(shí)，其驅(qū)動電路及燈珠非常容易遭受到過電壓和過電流的沖擊而造成故障或損壞，引發(fā)不必要的財(cái)產(chǎn)損失甚至是人員傷亡，因此在設(shè)計(jì)LED照明電路時(shí)必須要充分考慮并做好保護(hù)措施，從而提高電路的可靠性，降低故障發(fā)生率。下面就LED 照明系統(tǒng)過壓過流干擾的故障現(xiàn)象、產(chǎn)生原因、解決辦法予以簡單論述。

一.LED的過壓過流故障現(xiàn)象

當(dāng)出現(xiàn)過壓過流干擾時(shí)，元件性能會減弱或損壞。LED 元件的過壓過流損壞與干擾能量的發(fā)生次數(shù)或持續(xù)時(shí)間長短無關(guān)，因?yàn)槿魏我淮芜^壓過流干擾都可能導(dǎo)致LED 損壞。這種損壞可以表現(xiàn)為器件立即失效，也可能在發(fā)生過壓過流干擾后許久才失效。LED 芯片的小型化和LED燈具內(nèi)部電器結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化正在使這一問題變得更加嚴(yán)重。燈具內(nèi)LED 芯片的過壓過流故障主要有以下兩種現(xiàn)象:

a.芯片內(nèi)部焊接線損壞

過壓過流干擾導(dǎo)致的第一種失效模式是LED 封裝內(nèi)部的焊接線受損。這種損壞通常表現(xiàn)為接線燒斷。此外，過壓過流干擾還能導(dǎo)致靠近焊接線的其他材料(例如密封材料或熒光體)損壞。

b.芯片焊盤位置損壞

過壓過流干擾 導(dǎo)致的另一種失效模式是LED 芯片本體靠近焊盤的位置受損。

二.LED 發(fā)生過壓過流干擾的主要原因

LED 芯片發(fā)生過壓過流干擾的原因有多種，如浪涌、靜電，來自其他設(shè)備的脈沖信號干擾、燈具組裝時(shí)不恰當(dāng)?shù)墓ぷ鞣椒ā⒔拥攸c(diǎn)不夠?qū)е码娏骺焖俎D(zhuǎn)換引起高電壓等情況都會引起過壓過流干擾。但以下兩種情況是LED 燈具生產(chǎn)與使用過程中造成過壓過流干擾的主要原因。

a.靜電放電ESD

靜電放電是大多數(shù)電子元件在生產(chǎn)、運(yùn)輸、加工過程中不可避免的風(fēng)險(xiǎn)。雖然目前大多數(shù)的LED芯片自身已經(jīng)具有防靜電干擾的設(shè)計(jì)一般為2kV，但靜電放電依舊是LED 芯片在燈具生產(chǎn)環(huán)節(jié)損壞的主要原因。

b.短時(shí)間的過負(fù)荷

短時(shí)間的過負(fù)荷即短時(shí)間內(nèi)LED 的輸入電壓或電流超過其額定值，如浪涌電壓或雷擊。過負(fù)荷一般只持續(xù)極短的時(shí)間通常不會超過500ms。類似的電壓或電流稱為尖峰電壓或尖峰電流。短時(shí)間的過負(fù)荷是LED 芯片在燈具正常使用過程中損壞的主要原因。

三.LED過壓過流干擾的防護(hù)方法：

1 防止靜電放電損壞LED 的方法

靜電放電是LED 芯片的隱形殺手。LED 燈具生產(chǎn)過程中每個階段的每個步驟都可能使LED 受到靜電的損傷。靜電防護(hù)就是消除靜電或把靜電電壓控制在允許的范圍內(nèi)使它不致產(chǎn)生危害。生產(chǎn)過程中靜電防護(hù)的主要措施為：

a.保證車間生產(chǎn)人員及生產(chǎn)設(shè)備的靜電防護(hù)。(屏蔽與接地)

b.盡可能的使生產(chǎn)車間和周圍環(huán)境達(dá)到防靜電要求。(中和、增濕、屏蔽與接地)

c.采用靜電保護(hù)器(ESD)對各接口芯線對地做靜電防護(hù)。(靜電泄露、耗散)

依照上述防靜電措施進(jìn)行操作，將靜電防護(hù)工作當(dāng)作一項(xiàng)長期的系統(tǒng)工程，防止任何環(huán)節(jié)的失誤或疏漏，加上LED 芯片有一定的防靜電干擾功能，則在生產(chǎn)過程中可以有效地防止靜電放電對LED 的損傷。

2 防止LED 芯片短時(shí)間過負(fù)荷的方法

防護(hù)瞬間過電壓或過電流等LED 短時(shí)間過負(fù)荷現(xiàn)象常用的器件有瞬態(tài)抑制二極管TVS，熱敏電阻MOV,浪涌靜電硅抑制器SET等。目前LED 燈具防過負(fù)荷設(shè)計(jì)方案分為兩種：第一種為保險(xiǎn)絲、壓敏電阻MOV、瞬態(tài)抑制二極管TVS組合形成的電源輸入端保護(hù)電路，一般用在LED 燈具電控系統(tǒng)的輸入端防止在正常運(yùn)行時(shí)由于電源瞬間浪涌干擾原因造成的LED 故障。第二種為瞬態(tài)抑制二極管TVS、負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器(NTC)過負(fù)荷保護(hù)電路，一般串聯(lián)在LED 芯片組成的照明電路中，防止LED 燈具通電開啟瞬間造成的LED損傷。以下對這兩種方法分別予以討論。

2.1 防止電源瞬間浪涌干擾造成LED 損傷的的保護(hù)方案

       圖1

方案中主要用到壓敏電阻MOV及瞬態(tài)抑制二極管TVS做過壓防護(hù)，壓敏電阻是一種具有電壓電流對稱特性的電壓屬性電阻器，它主要用來保護(hù)電子元件免受尖峰電壓或尖峰電流的影響。壓敏電阻在常態(tài)時(shí)對受保護(hù)的電子元件具有很高的阻抗，而且不會改變電路特性，但當(dāng)瞬間尖峰電壓出現(xiàn)越過壓敏電阻的擊穿電壓時(shí)，該壓敏電阻的阻抗會變低(僅有幾歐姆)，并造成原線路短路，從而對電子產(chǎn)品或元件進(jìn)行保護(hù)。將壓敏電阻接入LED 燈具電源輸入端，可防止在正常運(yùn)行時(shí)由于電源瞬間浪涌干擾造成的LED 故障，防護(hù)方案如圖1所示。正常運(yùn)行時(shí)一旦電網(wǎng)電壓升高，壓敏電阻會瞬間擊穿短路，對過壓能量進(jìn)行吸收和泄放，從而有效的防止過電壓進(jìn)入受保護(hù)線路。方案中用到2個保險(xiǎn)絲Fuse 1和Fuse 2，其中Fuse 1在壓敏電阻的前端，用來防止壓敏電阻失效而短路，但也要通過雷擊大電流。因此，通常選用慢融性保險(xiǎn)絲，其不承擔(dān)過載短路的作用;而Fuse 2是用來防止過載，選用快熔性保險(xiǎn)絲，不承擔(dān)浪涌電流，可以根據(jù)負(fù)載額定電流選擇合適的保險(xiǎn)絲。后端為瞬態(tài)抑制二極管TVS是對前級壓敏電阻的殘余能量進(jìn)行進(jìn)一步的吸收和泄放。更好的保護(hù)后端負(fù)載。

2.2 防止通電瞬間損傷LED 的保護(hù)方案

       圖2

在LED 燈具剛剛通電時(shí)會產(chǎn)生一種常見的瞬間過電流現(xiàn)象，這種現(xiàn)象被稱為浪涌電流。可以采用在燈具內(nèi)部電路使用NTC 電阻器的方法實(shí)現(xiàn)LED 燈具的浪涌電流保護(hù)(如圖2)。具體而言，就是在燈具剛剛通電時(shí)NTC 器件提供一個高電阻值來保護(hù)LED 免受浪涌電流的損壞，在過渡時(shí)間之后NTC 電阻器的電阻會降低到可忽略不計(jì)的數(shù)值。方案中的瞬態(tài)抑制二極管TVS對瞬間的浪涌能量提供一條通路，保護(hù)后端LED燈珠不受影響。

2.3防止LED 燈珠開路(電源極性反接保護(hù))的保護(hù)方案

       圖3

當(dāng)LED輸入端有高壓脈沖時(shí)會導(dǎo)致后端芯片及LED燈損壞，而瞬態(tài)抑制二極管TVS可以對高壓脈沖進(jìn)行吸收和箝 端電路可承受的范圍內(nèi)，從而消除了由輸入端帶來的干擾。O.C.P為半導(dǎo)體過壓型保護(hù)器件，當(dāng)燈珠兩端有靜電和過電壓時(shí)可瞬間吸收和箝位，把電壓降低，并且當(dāng)LED開路損壞時(shí)，電流無法流過損壞的LED燈珠，此時(shí)電源的電壓全部加在O.C.P上，很快O.C.P兩端的電壓就達(dá)到了它的開關(guān)電壓，O.C.P開始工作，隨后將電壓降低到1V左右，電流從O.C.P流過也經(jīng)過了其它的LED燈珠，其它的燈珠又亮了起來。當(dāng)LED燈串被反向通上電源時(shí)，所有保護(hù)器O.C.P都會開始導(dǎo)通，將這些被保護(hù)的LED上的電流分流以保護(hù)它們不受傷害。在反向電極糾正之后，保護(hù)器會關(guān)閉，LED正常工作。

隨著社會的發(fā)展和大家對節(jié)能環(huán)保的意識不斷提高，LED燈具的市場前景將是一片光輝，不斷進(jìn)步的LED照明市場需要性能良好的硬件設(shè)備(燈具)，正確的硬件設(shè)計(jì)是產(chǎn)品成功的關(guān)鍵。前期在硬件設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮各種干擾因素的影響會使燈具質(zhì)量得到很大的保證，對硬件設(shè)備進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪^壓過流沖擊防護(hù)設(shè)計(jì)能夠大幅度地提高它的的使用壽命，減小維修成本，更好的滿足人們的需求。