360度阐述LED灯的最先进保护技术

2013-05-04 19:07:54来源: 互联网 关键字:360度  LED灯
一、为什么要对LED进行保护

  白光LED 由于有着很多优点,正在越来越多的进入人们的日常生活之中,它的使用量现在变得非常的巨大。它是新器件,有其自身使用上的特点。白光LED属于电压敏感型的器件。每支LED工作时电流不要超过20mA,超过太多LED就会很容易被烧毁。LED如果是正常使用,其寿命是非常长的。但人们在实际使用中LED往往容易坏,道理何在呢?其实就是没有考虑到LED的使用特点和对它加上保护电路

  LED是光电半导体器件,在装配过程中容易被静电击伤。这就需要在装配过程中进行静电防护。我们发现很多生产厂家的人没有这个概念或根本不懂,这是不行的。

  LED在实际工作中是以20mA的电流为上限,但往往会由于在使用中的各种原因而造成电流增大,如果不采取保护措施,这种增大的电流超过一定的时间和幅度后LED就会损坏。

  二、造成LED损坏的原因

  1、供电电压的突然升高。让供电电源电压突然升高的原因就很多了,例如电源的质量问题,或者用户的不当使用等等原因都可能让供电的电源电压突然升高。

  2、线路中某个元件或印制线条或其它导线的短路而形成LED供电通路的局部短路,使这个地方的电压增高。

  3、某个LED因为自身的质量原因损坏因而形成短路,它原有的电压降就转嫁到其它LED上。

  4、灯具内的温度过高,使LED的特性变坏。

  5、灯具内部进了水,水是导电的。

  6、在装配的时候没有做好防静电的工作,使LED的内部已经被静电所伤害。尽管施加的是正常电压和电流值,也是极易造成LED的损坏。

  这些原因都会造成LED电流的明显大幅上升,很快LED的芯片就会因为过热而被烧毁。根据我们的经验,LED烧毁后多数是两极短路,少部分是断路。每支LED约有3.2V左右的压降,它烧毁后若是断路这串LED就不发光了。若是短路这个电压就转给了其它的LED,造成其它LED的更大电流,其它LED就会更快的被烧毁,甚至危急电源。本来是小损坏就极容易的造成大事故。LED一般安装在高处,安装的时候就不容易,要维修就更难。所以LED的保护是实际的需求,但目前没有被大家重视,也是很多人无奈没有办法处理的难题。

  三、怎么对LED来进行保护

  对LED的保护我们首先想到的是用保险管,但保险管是一次性的,而且反应速度也太慢,既效果差实际使用也很麻烦,所以保险管不适宜用于现在LED灯成品中,因为LED灯现在主要是在城市的光彩工程和亮化工程。针对这种实际的需求,我们做了大量的实验,并根据工程的要求总结出了LED保护电路要有的特点,它很苛刻:在超出正常使用电流时能立即启动保护,让LED的供电通路就被断开,使LED和电源都能得到保护,在整个灯正常后又能够自动恢复供电,不影响LED工作,关键是因为它是民用产品,所加的电路不能太复杂体积不能太大,成本要低。这些要求都是互相矛盾,互相制约的,实现起来很困难。

  首先应该确定选用哪种保护电路和保护器件。

  1、我们可以选择使用瞬态电压抑制二极管(简称TVS)。瞬态电压抑制二极管是一种二极管形式的高效能保护器件。当它的两极受到反向瞬态高能量冲击时,能以10的负12次方秒极短时间的速度,使自己两极间的高阻立即降低为低阻,吸收高达数千瓦的浪涌功率,把两极间的电压箝位在一个预定的电压值,有效的保护了电子线路中的精密元器件。瞬态电压抑制二极管具有响应时间快、瞬态功率大、漏电流低、击穿电压偏差一致性好、箝位电压较易控制、无损坏极限、体积小等优点。

  但是在实际使用中发现不是很理想。首先是要寻找满足要求电压值的TVS器件很不容易。TVS器件主要应用于防雷和避雷,以及220V以上的过电压吸收等,而LED灯的供电电压一般是24V或12V,这种电压值的TVS成品很少,试验不好进行。同时我们知道:LED光珠的损坏主要是因为电流过大使芯片内部过热造成的。TVS只能探测过电压不能探测过电流。过电压肯定是过电流的原因,但是要选择合适的电压保护点很难掌握,这种器件就无法生产也就很难在实际中使用。

  2、我们可以选择自恢复保险管。自恢复保险管又称为高分子聚合物正温度热敏电阻PTC,是由聚合物与导电粒子等构成。在经过特殊加工后,导电粒子在聚合物中构成链状导电通路。当正常工作电流通过(或元件处于正常环境温度)时,PTC自恢复保险丝呈低阻状态;当电路中有异常过电流通过(或环境温度升高)时,大电流(或环境温度升高)所产生的热量使聚合物迅速膨胀,也就切断了导电粒子所构成的导电通路,PTC自恢复保险丝呈高阻状态;当电路中过电流(超温状态)消失后,聚合物冷却,体积恢复正常,其中导电粒子又重新构成导电通路,PTC自恢复保险丝又呈初始的低阻状态。在正常工作状态自恢复保险管的发热很小,在异常工作状态它的发热很高阻值就很大,也就限制了通过它的电流,从而起到了保护作用。它的体积小,成本低,可反复使用,实现了保护的自动启动自动退出;它是固态封装耐冲击不容易被损坏;我们在实际的测试中发现:由于它是热敏感器件,受温度的影响很大,由于PTC封装在灯具的内部,光珠肯定要发热就要影响PTC的工作性能。对已经确定的灯具可以通过试验来选择PTC,比较可靠的使用方法是让它远离发热的灯珠。

  在具体的电路中,有两种方式可供使用时选择:

  1、分路保护。一般LED灯是分成很多串接支路。比如24V电压,我们都是用7支LED光珠相串接再加一支电阻构成,电流一般为17~19mA,根据需要我们可以选择7的整数倍光珠来组合成一支整灯。我们可以在每个支路的前面加一支PTC元件分别进行保护。这种方式的好处是精确性高,保护的可靠性好。

  2、总体保护。在所有光珠的前面加接一支PTC元件,对整灯进行保护。这种方式的好处是简单,不占体积。我们一般是选用这种方式。就家用产品来说,这种保护在实际使用中的结果还是令人满意的。

  PTC的选用很讲究,我们都是通过很长时间的实验才摸索出了较为准确的对应数值。

  四、LED的静电防护

  所有的物质都由原子构成,原子中有电子和质子。当物质获得或失去电子,它将变成带负电或正电,这些电荷在材料表面上积累我们就称之物体带上了静电。电荷积累通常因材料互相接触分离而产生,也可由摩擦引起,称为摩擦起电。有许多因素会影响电荷的积累,包括接触压力、摩擦系数和分离速度等等。静电电荷会不断积累,如果没有泄放通道,这个数值最后会达到很高,直到造成电荷产生的作用停止、电荷被泄放或达到足够的强度可以击穿周围物质介质为止。电介质被击穿后,静电电荷会很快得到平衡,这种电荷的快速中和就称为静电放电。由于在很小的电阻上快速泄放电压,泄放电流会很大,可能超过20安培,如果这种放电通过静电敏感元件进行,这么大的电流将对设计为仅导通电压是3V多和电流是20mA的LED造成严重伤害。

  1、 为什么要提高静电的防护意识

  在本世纪70前代以前,很多静电问题都是由于人们没有静电防护意识而造成的,即使现在也有很多人怀疑静电放电会对电子产品造成损坏。这是因为大多数静电放电损害发生在人的感觉以下,因为人体对静电放电的感知电压约为3KV,而许多电子元件在几百伏甚至几十伏时就会损坏,通常电子器件被静电放电损坏后没有明显的界限,把元件安装在设备上以后再检测,结果出现很多问题,分析也相当困难。特别是潜在损坏,即使使用精密仪器也很难测量出其性能有明显的变化。但近年实验证实,这种潜在损坏在一定时间以后,电子产品的可靠性明显下降。静电造成的损坏绝对是真真实实的。

2、 静电对电子产品损害有哪些形式?

  静电的基本物理特性为:吸引或排斥,与大地有电位差,会产生放电电流。这三种特性能对电子元件有三种影响:

  (1).静电吸附灰尘,降低元件绝缘电阻(缩短寿命)。

  (2).静电放电破坏,使元件受损不能工作(完全破坏)。

  (3).静电放电电场或电流产生的热,使元件受伤(潜在损伤)。

  第(3)种情况较为普遍,也很难被及时发现。

  3、静电对电子产品损害有哪些特点?

  (1)。 隐蔽性

  人体不能直接感知静电除非发生静电放电,但是发生静电放电人体也不一定能有 电击的感觉,这是因为人体感知的静电放电电压为2-3 KV,所以静电具有隐蔽性。

  (2)。 潜在性

  有些电子元器件受到静电损伤后的性能没有明显的下降,但多次累加放电会给器 件造成内伤而形成隐患。因此静电对器件的损伤具有潜在性。

  (3)。 随机性

  静电的产生也有随机性。其损坏也具有随机性。

  (4)。复杂性

静电放电损伤的失效分析工作,因电子产品的精、细、微小的结构特点而费时、费事、费钱,要求较高的技术并往往需要使用扫描电镜等高精密仪器。即使如此,有些静电损伤现

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关键字:360度  LED灯

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2013/0504/article_18282.html
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