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光電/顯示技術  

為高亮度LED照明系統提供可靠保護

上網時間: 2012年02月13日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:LED  照明  CCFL  背光  驅動器 

作者:Faraz Hasan

TE電路保護部門

隨著照明技術從極為耗電的白熾燈轉到冷陰極燈管(CCFL),再發展到現在的發光二極體(LED)燈,可以很清楚地看到在最終用戶願意為更綠色的照明支付更高的成本的同時,他們也有一個內在的期望,即壽命更長和更高的可靠性才將是他們投資的淨效益。

在滿足這些期望的同時,LED設計工程師們必須考慮到影響他們產品效能和壽命的各種不同的變化因素。從電源管理到功率密度、再到過壓和過溫保護,LED技術的獨特性帶來了較陳舊的技術不相干的各種新挑戰。

憑藉改善的晶片設計和材料,LED技術已經快速發展,促使其向更亮、更高效節能、壽命更持久的光源快速發展,並能夠應用在更廣泛的範圍。儘管技術日益普及,但仍然有一個事實,即過多的熱量和不恰當的應用會顯著影響LED壽命和效能。

高亮度LED(HB LED)是節能的、高價效比的設備,能夠確保下一代的照明解決方案。從建築照明到汽車照明到各種顯示裝置的背光、和新型消費性電子(如照相手機中的閃光燈),HB LED照明的應用持續成長。

HB LED照明系統中的過流情況

LED光輸出隨晶片類型、封裝、每個晶圓批次的效率和其他變數而變化。LED製造商使用如高亮度這樣的術語來形容LED的密度。HB LED驅動器可由線性或者交換式電源供電。當電源電壓略微大於負載電壓時,線性驅動器是最合適的,電阻會用於限制其電流。交換式電源亦會經常使用,因為它們更高效。

通常,電流感應電阻為電流調節控制器提供了回饋,以監控供應予HB LED的電流。另一個可選的解決方案就是使用聚合物正溫度係數(PPTC)元件來限制流過LED的電流。

如圖1所示,一個PPTC元件是一個電路中的一系列要素之一。通常PPTC元件的電阻小於電路的其餘部分,很少或者不會對正常的電路效能造成影響。然而,一旦過流的情況發生,該元件會增加電阻(跳閘),並且將電路中的電流降低到一個任何電路單元都能夠安全承載的電流值。這種變化由I2R發熱原理帶來的元件溫度迅速升高的引起。


圖1:用於HB LED照明的電流保護設計。

元件會一直保持其跳閘或者閉鎖狀態直到故障排除。一旦連接到電路的電源重新閉合後,PPTC元件會復位並允許電流重新開始流動,使電路恢復正常工作。當PPTC元件不能夠阻止故障的發生時,它們會迅速作出反應,將電流限制到安全的等級以防止對下游元件隨之而來的損壞。此外,它們的小型化外形使得它們易於在空間受限的應用中使用。

與傳統照明不同,由於HB LED極具熱敏感,其熱管理是一個重要的設計考慮因素。為了提高可靠性與工作壽命, PN接面不能允許導通溫度的提高。由於PPTC元件採用的是熱啟動,因此元件周圍溫度的任何變化都會影響其效能。隨著元件周圍的溫度增加,更少的能量就要求元件跳閘,因此其能夠使鉗住電流值並使其降低。


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