本文介紹了一些大型市場(chǎng) LED 照明應(yīng)用及其對(duì)照明系統(tǒng)的威脅。它還討論了針對(duì)這些威脅的不同保護(hù)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(chǎng) LED 照明應(yīng)用及其對(duì)照明系統(tǒng)的威脅。它還討論了針對(duì)這些威脅的不同保護(hù)策略，并最大限度地提高了這種照明技術(shù)的可靠性。
    過(guò)去幾年 LED 照明的出現(xiàn)現(xiàn)已成熟，我們對(duì)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(xiàng)技術(shù)有望真正終結(jié)飛漲的電費(fèi)、熒光燈泡的冷光，以及延長(zhǎng)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(shuō)明！但 LED 照明真的兌現(xiàn)了這些承諾嗎？
    今年早些時(shí)候，在參觀最近翻新的工業(yè)空間時(shí)，主持人詳細(xì)介紹了為工廠車(chē)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(méi)有一絲懷疑，但如果燈實(shí)際上不能持續(xù)那么長(zhǎng)時(shí)間，他就不需要承擔(dān)維修/更換費(fèi)用。如果這些 LED 燈過(guò)早失效——好吧，那是別人的問(wèn)題——除非是你的雇主出售了 LED 照明燈具，那么也許那個(gè)“別人”就是你！
    讓我們看一下具有巨大市場(chǎng)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(qiáng)化”設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)最大可靠性的各種電路保護(hù)策略。
    主要重點(diǎn)是投資于有價(jià)值的電路保護(hù)。當(dāng)然，安全評(píng)級(jí)機(jī)構(gòu)（UL、ETL等）會(huì)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(jì)有效地延長(zhǎng)受保護(hù)設(shè)備的使用壽命（安全人員沒(méi)有解決這個(gè)問(wèn)題）。價(jià)值不僅僅只是燈具的零售價(jià)值（盡管這肯定是一個(gè)因素），還包括有價(jià)值的功能（故障可能會(huì)使人員或其他設(shè)備處于危險(xiǎn)之中）、難以進(jìn)入（維修或更換的進(jìn)入成本可能約為幅度大于設(shè)備成本），或設(shè)備銷(xiāo)售到可靠性是供應(yīng)商之間競(jìng)爭(zhēng)點(diǎn)的市場(chǎng)。
    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(wú)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(xiǎn)絲，但在整個(gè)設(shè)計(jì)中添加過(guò)壓保護(hù)將有助于確保保險(xiǎn)絲永遠(yuǎn)不會(huì)熔斷，因?yàn)樗梢员Ｗo(hù)關(guān)鍵電子元件，否則這些電子元件可能會(huì)發(fā)生故障并導(dǎo)致輸入端電流過(guò)大。橋式整流器 (BR) 中的二極管通常是電壓浪涌的第一個(gè)受害者。

    如果沒(méi)有輸入過(guò)壓保護(hù)，交流輸入浪涌將進(jìn)入 DC/DC 電壓-電流轉(zhuǎn)換器模塊，其中開(kāi)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(guò)其額定值的單一事件損壞——附近的雷擊或工業(yè)電機(jī)關(guān)閉可能會(huì)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(shí)會(huì)隨著吸收的每一次浪涌而老化，因此請(qǐng)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(wú)老化特性，但 TVS 也需要大量投資。如果預(yù)計(jì)維修成本非常高，并且需要呼叫公用事業(yè)服務(wù)卡車(chē)和工作人員，那么設(shè)計(jì)具有最佳電路保護(hù)的額外費(fèi)用通常是合理的。
    在某些工業(yè)設(shè)計(jì)中，交流輸入保險(xiǎn)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(xiǎn)絲可能不夠靈敏，無(wú)法在開(kāi)關(guān)部分（直流）故障時(shí)斷開(kāi)。 /DC 轉(zhuǎn)換塊位于同一框圖中。）但是，可以在線路整流級(jí)（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(gè)直流電路，因此必須使用專(zhuān)門(mén)的高壓直流熔斷器。Littelfuse 477 系列保險(xiǎn)絲在設(shè)計(jì)時(shí)就考慮到了這種應(yīng)用。
    在某些設(shè)計(jì)中，LED 本身實(shí)際上與驅(qū)動(dòng)器電子電路相距較遠(yuǎn)。讓 LED 產(chǎn)生的熱量遠(yuǎn)離驅(qū)動(dòng)器電子設(shè)備有很多優(yōu)點(diǎn)。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(jì)中，可能需要提供額外的 TVS 器件來(lái)保護(hù) LED 燈串免受感應(yīng)高電壓的影響，因?yàn)閺尿?qū)動(dòng)器電路到 LED 的長(zhǎng)電線將充當(dāng)天線（參見(jiàn) 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(zhǎng)高壓串聯(lián)燈串的設(shè)計(jì)具有額外的故障模式，其中熱循環(huán)或機(jī)械振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致引線鍵合斷裂，從而導(dǎo)致 LED 開(kāi)路。解決方案是使用開(kāi)路 LED 旁路器件（圖 1），繞過(guò)開(kāi)路 LED，保持燈串的平衡點(diǎn)亮。如果沒(méi)有這些設(shè)備，單個(gè) LED 因開(kāi)路而發(fā)生故障就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)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(hù)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(hù)的威脅和動(dòng)機(jī)卻截然不同。
    LED 燈具的銷(xiāo)售保修期極短，并且主要在價(jià)格上競(jìng)爭(zhēng)。因此，設(shè)計(jì)人員面臨著降低成本的壓力，而電路保護(hù)通常是一個(gè)很容易偷工減料的地方，因?yàn)樗鼘?duì)于燈泡的功能來(lái)說(shuō)并不是必需的。有時(shí)可以通過(guò)使用薄電路板走線作為“窮人的保險(xiǎn)絲”來(lái)滿足消防安全要求。這可以滿足組件短路或開(kāi)路的安全測(cè)試，但它們不會(huì)中斷由于輸入級(jí)電解電容器泄漏而導(dǎo)致的過(guò)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(shí)有可能發(fā)生。使用實(shí)際的保險(xiǎn)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(jì)者花費(fèi)了大量的時(shí)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(gè)天然優(yōu)勢(shì)是 LED 光從表面發(fā)射并且具有很強(qiáng)的方向性，因此它們非常適合臺(tái)下照明和桌面燈。通常 LED 集成在燈具中，因此沒(méi)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(hù)者，其尺寸通常按總設(shè)計(jì)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(shuō)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(lái)指示電源已關(guān)閉！對(duì)于 LED 指示器，通常采用直流電路，該電路使用簡(jiǎn)單的電阻器通過(guò)固定直流電壓源提供適當(dāng)?shù)碾娏鱽?lái)驅(qū)動(dòng) 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(shí)位于控制按鈕內(nèi)部，這使得它們成為 ESD 的主要目標(biāo)。