如何优化串联LED照明电路保护设计

时间:2021-05-23作者:佚名

发光二极管(LED)是一种易碎的装置,容易受到热、机械冲击、静电放电及闪电的威胁,特别是在室外应用时。由于照明及背光显示的LED灯串使用的增加,需要研发工程师对LED串的可靠性给予更多关注。高亮度的LED,因其蓝宝石基板,对邻近的雷击闪电攻击造成的电压瞬变非常敏感。即使是在家庭应用,LED串仍需要静电放电(ESD)保护装置,以确保整个组件长期、可靠的运行。在缺少这种保护的条件下,如果串联中的一个LED出现故障,并断开电路,所有其他的LED灯将关闭。

LED照明系统保护

很多的保护装置可以用于电源与LED驱动,且有许多出版物可以对选择提供指导。图1中的电路是演示LED路灯照明系统中的开关电源保护的举例。在该电路中,交流电熔断器提供了基本的防火保护,以应对可能造成过流条件的主要系统故障,但是必须能够容忍3KA至6KA以上的浪涌,而不出现断路。在下游组件出现故障的情况下,直流熔断器可用于直流-直流转换器或LED驱动电路中的快速过流保护。

如何优化串联LED照明电路保护设计

图1:LED街道照明电路举例,包括与开关电源(SMPS)相关的保护装置

在电路的交流电输入侧,还需要处理过压事件与电压瞬变。它们通常是由附近的雷击造成的,但也可能通过电力线上的瞬间状态变化产生。用于过压条件的典型保护装置是金属氧化物压敏电阻(MOV),可以与瞬态电压抑制器(TVS)相结合。用于电源保护的电路还需要与地面隔离,防止可能的电击危险(这些规格都包含在IEC/UL60950-1,UL1449与IEC/UL6500)。图2显示了达到这些要求的解决方案。该设计结合了含有瞬态电压抑制器的金属氧化物压敏电阻。

如何优化串联LED照明电路保护设计

图2:用于LED照明的电源输入过压保护方案举例

此外,也应考虑把过压保护用于LED驱动芯片。适当的去耦电容器,连同为线路驱动器额定电源电压的TVS装置,将提供一个非常稳定的设计。一些LED驱动器制造商把感知开路LED串的电路列入,但该电路不应与保护串的电路相混淆,或如果LED出现故障,要保持LED串处于运行状态。

单个LED保护

LED串内部(图3)的旁路保护装置,可以使该串在单个LED出现故障断开时,继续运行。通过限制整个LED串上的任何过剩电流或电压,有助于保护LED驱动器。

如何优化串联LED照明电路保护设计

图3:LED串内部的旁路保护装置

使用适当旁路保护装置保护LED串中的单个LED,不仅能够保持LED串仍旧能够照明,而且也有助于保护LED驱动器免受过电流与过电压(可能因LED故障造成)。

当提到保护单个LED时,在LED串内部需要安装串联电路的支路,选择正确的保护装置是至关重要的。这要求理解潜在的LED故障机理及不同类型保护装置的工作原理。这种理解有助于电路设计者选择合适的装置,包括有一个LED因断路原因出现故障时,能够保持系列LED串仍旧运行的装置。

LED控制与故障模式:

串联的LED串由恒定电流驱动,该恒定电流由把串联LED串驱动为充分亮度、颜色与强度的开关电源产生。该恒流电流源提供了对LED组亮度的更好控制以及更均匀的LED组亮度。LED是一种易碎的固态器件,本质上是二极管,构造为P-N结,在正向偏压时,能够发光。主要的LED失效机理本质上是机械与热力,包括热循环、热冲击及在高温下(可能造成丝焊老化与故障)运行的LED。由于金属会发生氧化,且随着时间推移会变脆,LED发生故障的可能性会增加。ESD事件或附近雷击造成的电涌是LED发生故障的另一个常见原因。

保护装置选择的电路参数:

选择LED保护装置中的主要参数是单个LED额定电流与额定功率,正向工作电压及LED驱动器恒流输出电压。典型高亮度LED额定功率在1瓦特与3瓦特之间。额定功率上的高亮度LED最大电流消耗可以通过以下公式简单确定:

如何优化串联LED照明电路保护设计

其中I是电流,P是LED额定功率,VF是LED正向电压。LED在不同的额定功率范围内都可供使用,因此这些值相应地有所不同。同时,发射不同波长(颜色)的LED有不同的电压降。例如,与白色LED相比,红色LED通常有更低的VF,会消耗更多电流。主要的可靠性问题是,如果一个高亮度LED出现故障,形成开路,高亮度LED串如何连续操作。在需要高可靠性光源的应用中,这个问题是至关重要的。

许多户外应用位于离开地面的位置,因此,一个小的事故就会变成一个大的问题。串联中,单个高亮度LED开路故障可能导致重大费用与不便,原因是必须对整个装配进行维修。

相关阅读

南洋理工Nripan Mathews团队:室温下钙钛矿纳米晶的精确调控

室温合成钙钛矿纳米晶缺乏通过高温方法可以获得的尺寸可调性。在此,新加坡南洋理工大学Nripan Mathews教授团队概述了一种可扩展的方法,利用不同的配体在室温下对CsPbBr3纳米晶体(...
2021-05-23
南洋理工Nripan Mathews团队:室温下钙钛矿纳米晶的精确调控

深度讲解高亮度矩阵式LED封装技术和解决方案

近几年发光二极管(LED)的应用在不断增长,其市场覆盖范围很广,包括像指示灯、聚光灯和头灯这样的汽车照明应用,像显示背光和照相机闪光灯这样的照相功能,像LED显示器背光和投...
2021-05-23

UPS 带电维护保养(MOP),数据中心与变配电室必备

UPS 作为数据中心、变配电系统的一道电力安全防线,日常带电维护保养直接关系到UPS 使用寿命和供电可靠性。 今天给大家整理一套华为 UPS5000-E 带电维护保养标准化操作流程,从...
2026-07-18
UPS 带电维护保养(MOP),数据中心与变配电室必备

新发现!德国化学家生产出无缺陷石墨烯!

德国化学家找到了一种廉价生产无缺陷石墨烯的方法。 石墨烯是前景最被人看好的新材料之一。但是全世界的研究人员依然在寻找制造无缺陷石墨烯的低成本方法。 德国埃尔朗根-纽伦...
2021-05-23
新发现!德国化学家生产出无缺陷石墨烯!

【电气入门】继电保护定值整定入门——从原理到实操一次讲透。

一套参数定错了,全厂可能面临停电风险。继电保护定值整定,是每一位工厂电气技术人员必须掌握的硬技能。 一、引言:什么是继电保护定值整定,为什么重要?继电保护装置是电力系统的...
2026-06-20

热销商品

12V星空顶筒灯嵌入式阳台卧室客厅氛围迷你呼吸小射灯满天星天花

12V星空顶筒灯是一款专为营造浪漫氛围而设计的迷你嵌入式射灯,适用于阳台、卧室、客厅等空间。采用低功耗LED光源,安全节能,光线柔和均匀,支持呼吸模式与满天星效果,可...
¥ 7.65

公牛官方旗舰店开关插座空调16A插座五孔10A面板暗装多孔G12白灰

公牛官方旗舰店提供一系列高质量的开关插座和空调配件。这款16A插座五孔面板采用暗装设计,适用于多种安装环境,如墙面、天花板等。它具有10A的电流容量,可以满足家庭...
¥ 5.55

喜美诺排插插座面板多孔排插家用宿舍接线板插排国标线板延长线

喜美诺排插,一款精心设计的多孔插座面板,专为家庭和宿舍环境而造。它不仅提供便捷的接线体验,更符合国标安全标准,确保使用过程中的安全与稳定。这款排插采用高质量材...
¥ 11.9

O型圈氟橡胶圆条丁腈胶硅胶垫片防水O三元乙丙EPDM密封件骨架油封

O型圈、氟橡胶圆条、丁腈胶、硅胶垫片、三元乙丙(EPDM)密封件及骨架油封是广泛应用于机械、汽车、航空航天及建筑等领域的关键密封元件。氟橡胶耐高温、耐腐蚀,适用...
¥ 1

3M自粘橡胶条高硬度耐压实心幕墙玻璃舞台搭建货架专用减震密封条

3M自粘橡胶条是一款专为高要求工业及建筑场景设计的高性能密封减震材料,采用高硬度实心橡胶材质,具备优异的耐压性、抗老化性和持久弹性。其独特的自粘背胶设计,安装...
¥ 1.6

网站栏目