自恢復(fù)保險絲在LED產(chǎn)品中的應(yīng)用電路

自恢復(fù)保險絲在LED產(chǎn)品中的應(yīng)用電路

一、剛剛開始起步成本高

照明成本不僅涉及燈具的初始成本，還涉及燈具所消耗的能源成本，燈具無法正常工作時更換燈具所需的勞動成本，以及所需燈具更換的平均頻率。從這一概念出發(fā)就很容易理解，為什么LED光源是白熾燈光源價格的50倍左右時，LED交通信號燈的市場就開始啟動，而當(dāng)達到28倍時，就已形成新興產(chǎn)業(yè)。目前半導(dǎo)體照明主要以光色照明和特殊照明為主，以后將向普通照明擴展。具體來講，近幾年內(nèi)，半導(dǎo)體照明市場將廣泛應(yīng)用在各種信號燈、景觀照明、櫥窗照明、建筑照明、廣場和街道的美化、家庭裝飾照明、公共娛樂場所美化和舞臺效果照明等領(lǐng)域。事實上，我們身邊已經(jīng)隨處可見它的身影：電腦顯示燈、手機按鍵和屏幕的背光源、汽車尾燈、建筑物燈光、交通信號燈……等等。 二、不一致性帶來的問題：

理論上LED都一樣，都是能發(fā)光的二極管，而實際上所有LED的電性能都是有差異的，眾多的廠家都在搶生產(chǎn)進度、抓數(shù)量；每個廠家的生產(chǎn)工藝是不一致的，甚至相差很大，就是同一廠家的不同時間的工藝都是有差異的；生產(chǎn)發(fā)光二極管的半導(dǎo)體材料的純度要求非常高，不同廠家使用的半導(dǎo)體原材料的純度是有差異的，這就使LED的發(fā)光強度與驅(qū)動電流是不完全相同的，或者相差很大，而且耐過電流能力和發(fā)熱的差異也就自然而然的不同了；由于封裝工藝和封裝材料的不同，使得整體的散熱能力是不一樣的，所有的廠家都在研究和開發(fā)新材料，以求解決組合材料的熱彭脹與散熱的問題。由此不難看出,LED發(fā)光二極管在短期內(nèi)仍存在個體之間的很大的差異，如果每個燈只用一個LED，那是很好控制的，而且是真正的長壽命，例如電視機、DVD上的電源指示燈就是如此；而當(dāng)我們用LED制作照明燈具時，就不是用單個的LED，而是用多個，或上百上千個LED排成陣列接入電路，再者，需要的亮度就不是指示燈所能做到的，而電流大了、小了亮度都要減弱，且會使壽命大打折扣，甚而致于未出廠就壞掉了；因LED的差異性總是存在的，在多個LED組成的連路中，當(dāng)有幾個壞掉時(通常是短路)，會使電流增大而損壞其他的LED。這就是不一致性帶的結(jié)果，也是制約其發(fā)展的因素之一。

a.在電壓匹配方面，LED不象普通的白熾燈泡，可以直接連接220V的交流市電。LED是2--3.伏的低電壓驅(qū)動，必須要設(shè)計復(fù)雜的變換電路，不同用途的LED燈，要配備不同的電源適配器。

b.在電流供應(yīng)方面，LED的正常工作電流在15mA-18mA，供電電流小于15mA時LED的發(fā)光強度不夠，而大于20mA時，發(fā)光了強度也會減弱，同時發(fā)熱大增，老化加快、壽命縮短，當(dāng)超過40mA時會很快損壞。為了延長LED照明燈的使用壽命，簡易電源是不能使用的，而常用集成電路電源、電子變壓器、分離元件電源等，但都要設(shè)計恒流源電路和恒壓源電路供電的方式，大電流驅(qū)動時，要配大功率管或可控硅器件，另加保護電路，這樣就使LED的電源供應(yīng)器電路很復(fù)雜，故障率增加。元件成本、生產(chǎn)成本、服務(wù)成本都將升高。而目前LED本身的成本就高，加上電源的成本，這就大大地限制了市場的競爭力與購買群體，LED照明燈的優(yōu)勢大打折扣，這也是制約其發(fā)展與普及的又一關(guān)鍵問題。 四、解決問題的方法與可行性分析：

解決問題的方法可用自復(fù)位過流保護器WHPTC元件

如果用WHPTC過流保護器作保護，將是另外一種結(jié)果，從原理可知，當(dāng)電路的電流超過規(guī)定值時會訊速的自動保護，在排除故障后又自動復(fù)位，無需人工更換。對LED而言，電壓的變化不是LED損壞的直接原因，而電流的增大才是LED的真正殺手。顯而易見，利用WHPTC的這個特性，在LED的電路保護上具有絕對的優(yōu)勢，讓簡易電源供電變?yōu)楝F(xiàn)實。實踐證明，在LED電路出現(xiàn)故障以前就有效保護了。在簡易電源上，這個優(yōu)勢特別突出。對如下3圖分析可見，因有了WHPTC后可省去恒流、恒壓電路， LED的質(zhì)量也提高了。器件成本、生產(chǎn)成本、故障率、服務(wù)成本等，都大大降低。也大大增加了產(chǎn)品的市場競爭力。所以誰先使用WHPTC，誰先占領(lǐng)市場。

使用WHPTC前后的拓撲結(jié)構(gòu)比較圖

淺談LED產(chǎn)品老化 我們在應(yīng)用LED時經(jīng)常會出現(xiàn)這樣種問題，LED焊在產(chǎn)品上剛開始的時候是正常工作的，但點亮一段時間以后就會出現(xiàn)暗光、閃動、故障、間斷亮等現(xiàn)象，給產(chǎn)品帶來嚴(yán)重的損害。引起這種現(xiàn)象的原因大致有：

1．應(yīng)用產(chǎn)品時，焊接制程有問題，例如焊接溫度過高焊接時間過長，沒有做好防靜電工作等，這些問題95％以上是封裝過程造成。

2．LED本身質(zhì)量或生產(chǎn)制程造成。 預(yù)防方法有：

1.做好焊接制程的控制。

2.對產(chǎn)品進行老化測試。

老化是電子產(chǎn)品可靠性的重要保證，是產(chǎn)品生產(chǎn)的最后必不可少的一步。LED產(chǎn)品在老化后可以提升效能，并有助于后期使用的效能穩(wěn)定。LED老化測試在產(chǎn)品質(zhì)量控制是一個非常重要的環(huán)節(jié)，但在很多時候往往被忽視，無法進行正確有效的老化。LED老化測試是根據(jù)產(chǎn)品的故障率曲線即浴盆曲線的特征而采取的對策，以此來提高產(chǎn)品的可靠性，但這種方法并不是必需的，畢竟老化測試是以犧牲單顆LED產(chǎn)品的壽命為代價的。

LED老化方式包括恒流老化及恒壓老化。恒流源是指電流在任何時間都恒定不變的。有頻率的問題，就不是恒流了。那是交流或脈動電流。交流或脈動電流源可以設(shè)計成有效值恒定不變，但這種電源無法稱做「恒流源」。恒流老化是最符合LED電流工作特征，是最科學(xué)的LED老化方式；過電流沖擊老化也是廠家最新采用的一種老化手段，通過使用頻率可調(diào)，電流可調(diào)的恒流源進行此類老化，以期在短時間內(nèi)判斷LED的質(zhì)量預(yù)期壽命，并且可挑出很多常規(guī)老化無法挑出的隱患LED。 有效防止高溫失靈-PTC熱敏電阻用作LED限流器 近年來，發(fā)光二極管(簡稱LED)的發(fā)展已取得巨大進步：已從純粹用作指示燈發(fā)展為光輸出達100流明以上的大功率LED。不久之后，LED照明的成本將降至與傳統(tǒng)冷陰極熒光燈(簡稱CCFL)類似的水平。這使得人們對LED的下述應(yīng)用興趣日濃： 汽車照明燈、建筑物內(nèi)外的LED光源、以及筆記本電腦或電視機LCD屏的背光。 大功率LED技術(shù)的發(fā)展提高了設(shè)計階段對散熱的要求。就像所有其它半導(dǎo)體一樣，LED不能過熱，以免加速輸出的減弱，或者導(dǎo)致最壞狀況：完全失效。與白熾燈相比，雖然大功率LED具有更高效率，但是輸入功率中相當(dāng)大的一部分仍變成熱能而非光能。因而，可靠的運作就需要良好的散熱，并要求在設(shè)計階段就考慮高溫環(huán)境。 　　設(shè)計LED驅(qū)動電路尺寸時，也必須考慮溫度因素：必須選擇其正向電流，以確保即使環(huán)境溫度達到最高值，LED芯片也不會過熱。隨著溫度的升高，就需要通過降低最高容許電流，即降低額定值，來實現(xiàn)降溫。LED制造商把降額曲線納入其產(chǎn)品規(guī)格中。有關(guān)此類曲線，參見圖1。

圖1 LED降頻曲線

利用無溫度依賴性的電源運行LED存在弊端：在高溫區(qū)域內(nèi)，LED則超出規(guī)格范圍運行。此外，當(dāng)處于低溫區(qū)域時，照明源就由明顯低于最大容許電流(參見圖1紅色曲線)的電流供電。如圖1的綠色曲線所示，通過LED驅(qū)動電路中的正溫度系數(shù)熱敏電阻(簡稱PTC熱敏電阻)來控制LED電流是一個重大改進。這至少可以帶來下列好處：

*在室溫下增加正向電流，從而增加光輸出

*因為可以減少LED使用量，所以可以使用價格較低的驅(qū)動集成電路(簡稱IC)乃至一個不帶溫度管理的驅(qū)動電路來節(jié)約成本

*實現(xiàn)無需IC控制的驅(qū)動電路設(shè)計，此電路亦可使LED電流隨溫度改變

*能夠使用較便宜減額值較高安全裕量較小的LED

*過熱保護功能提高了可靠性

*帶散熱片的熱機械設(shè)計更為簡單

大多數(shù)LED用驅(qū)動電路形式具有一個共同點：即流經(jīng)LED的正向電流是通過固定電阻進行設(shè)置(參見圖2)。一般說來，流經(jīng)LED ILED的電流取決于Rout，即ILED ~ 1/Rout。由于Rout不隨溫度而變，因此LED電流也不受溫度影響。

將固定電阻換成隨溫度變化的電路，即可實現(xiàn)對LED電流的溫度管理。下列圖表闡明了如何使用PTC熱敏電阻來改善標(biāo)準(zhǔn)電路。