LED照明電路保護解決方案

住宅LED燈泡的安全性和可靠性保護

LED燈泡是一種採用並聯配置的半導體發光二極體的固態燈。此外，這種燈具還包括電源轉換電子元件（直流/交流）、LED的驅動晶片、用於熱控的散熱片和優化燈光品質的光學元件。由於LED燈泡需要在外形因素上做到與目前的白熾燈和鹵素燈泡兼 容，因此它們將具有一個直流/交流電路以使它們能夠用於標準的 燈泡“插座”。

直接連接到交流電源（如120/250VACrms）的設備可能會因燈泡內部元件或電路故障導致的短路和超載情況而損壞。除此之外，雷擊 浪湧或負荷開關瞬變（產生於燈泡外部）能夠造成電壓尖峰或環形波，給元件造成壓力並最終導致損壞，從而使燈泡報廢。鑒於LED 燈泡的價值定位不僅僅是降低能源消耗，還有更長的使用壽命，在消除因電氣環境促使的現場故障中考慮暫態電壓保護將是至關緊要的。

而且，LED對高溫極為敏感，應不得超過85°C。將LED和LED驅動板的溫度控制在這個水準之下對於它們的使用壽命來說極為重要。

Littelfuse可以提供完善的交流線路介面保護，以及在直流端的暫態保護。LED燈泡電源和控制電路內部的不同元件和系統 的概況，請參見圖1.

如圖1所示，與線路串聯的一個Littelfuse交流保險絲能夠提供在短 路和超載條件下的安全保護。它們在外形因素、電流額定值、額定電壓、斷流容量和安裝選項上有廣泛的選擇範圍，為設計工程 師在設計上提供了靈活性。

在整個電源輸入上的金屬氧化物壓敏電阻（MOV）提供過壓箝位 保護。它們的性價比高，且能最大程度地減少可能通入下游電子元件的暫態電能。金屬氧化物壓敏電阻的選擇基於一系列參數， 包括額定電壓、峰值脈衝電流、元件尺寸和導線配置。Littelfuse 提供的壓敏電阻其元件直徑小至5毫米以及表面貼裝CH 系列，這使得它們可以在空間受限的LED燈泡的供電部位使用。

圖1：LED驅動器輸入線路協同交流線路保護建議

MOV和保險絲需要形成一種協調的解決方案，以至於熔斷保險絲元件所需的電能（也稱為“i2t”值）足夠高，能在浪湧電壓條件下允許MOV起作用，而不會使保險絲跳閘。換句話說，在浪湧電能箝制和耗散的條件下，保險絲不應打開。它只應在超載或短路情況發生時跳閘。

即使在交流輸入中具有壓敏電阻，也有電路在浪湧事件中不能幸 免的實例。在這些情況下，可以在倒相極的輸入電路添加一個 TVS二極體。再次參考圖1，這個TVS二極體針對瞬變提供了二級保護。 從壓敏電阻上“允許通過”的電能將被這個TVS二極體進一步減少到不會使電路失效的水準。

在外形因素、空間限制、電氣參數和成本方面，Littelfuse提供的保險絲、金屬氧化物壓敏電阻和TVS二極體可有多種選擇。

Littelfuse的保險絲、金屬氧化物壓敏電阻和TVS二極體在幫助電燈製造商通過一些重要的法規和安全標準上具有關鍵作用。 在為一些室內商業照明，以及道路、停車場和車庫照明建立統一的性能和安全標準上，美國正扮演領導地位。美國環保署（EPA）的能源之星浪湧規範適用於PAR30/ PAR38/ A-19/ MR16/燭臺燈/G球形燈/R反射型LED燈。下文論及了這些規範。

l  對於整體LED燈的能源之星程式要求（適用於美國）

l  參考ANSI/IEEE C.62.41-1991，A類操作（83A）

l  對於共模和差模，線路暫態應包含7次100kHz環形波、2.5kV級的擊打。

IEC 61547 普通照明用設備——電磁相容抗擾度要求（適 用於歐洲、亞洲和加拿大）

參考IEC61000-4-5 浪湧抗擾度測試。

波形： 1.2x50電壓/8x20電流組合；2 ohm阻抗；10次衝擊。

o對於低於25瓦的燈具：500V/250A；線到線。

o對於大於25瓦的燈具：1000V/500A；線到線。

圖2：美國能源部（DOE）關於浪湧測試的要求

通常，工程師在鑒定過程中想要對他們的應用和保護方案進行測 試。對於缺少內部浪湧測試設備的，Littelfuse的實驗室設施可供使 用以驗證他們的應用設計。這種測試可以盡可能地在早期發現問題，並得到及時糾正以避免任何現場問題的發生。

LED道路和停車場照明的安全性和可靠性保護

在為一些室內商業照明，以及道路、停車場和車庫照明建立統一的性能和安全標準上，美國具有領導地位。 美國能源部（DOE） 的市政固態路燈聯盟已經發佈了一項關於所有城市和直轄市使用的 LED道路燈具的範本規範，詳細列出了性能、安全性和浪湧抗擾度的規範。這些城市和直轄市所進行的更換和改造努力將需要大量的 初始資本的前期投資。目前，LED燈具的成本幾乎是現階段高壓鈉燈的一倍。然而，他們的使用壽命預計將近100,000小時，這又幾乎是高壓鈉燈的4倍。美國能源部的目標是通過建立強有力的安全 性和浪湧標準以保護這些城市所做的LED燈具投資，以使得這些燈 具可以在無任何維護的情況下至少維持5年時間。

在交流電源電路中低壓（1000V或更低）浪湧的特性描述上，美國 能源部的要求和IEEE C.62.41-2002和IEEE的推薦實施規程是類似 的，只有一些小的差異。類別對應的是LED燈具的物理位置，是置 於室內還是室外。例如歸於類別C（高或低）中的戶外燈具更容易 受到雷擊，因此要進行最為嚴格的浪湧抗擾度測試。下面按類別對這些的相關測試做了總結。

設計工程師慎重選擇電路保護元件對於通過美國能源部建議的浪湧抗擾度波形測試來說尤為重要。 由脈衝（如：6kV/3kA）產生的以A2s衡量的浪湧能量（i2t）是一個關鍵的參數。 所考慮的保險絲脈衝週期承受能力以及其熔斷能量（i2t）應與波形的浪湧能量進行協調。金屬氧化物壓敏電阻的選擇也應基於浪湧電流 （如：3kA）、抗重複浪湧能力、額定電壓和箝位電壓。

Littelfuse致力於通過提供用於所有浪湧水準的強勁的過電流和過電壓協同保護方案來協助LED照明製造商符合或超過這些規範的要求。Littelfuse在建議元件上進行了大量的測試，且在大多數情況下執行比上述規範所要求的更為嚴格的標準。Littelfuse的保險絲、金屬氧化物壓敏電阻、TVS二極體和其他解決方案符合所要求的測試標準，並將提高整體照明燈具的可靠性。

企業的LED照明市場採用率預計將在未來幾年裡全球範圍內飆升，為這項技術帶來“光明”的前景。作為全球電路保護領域的領導者，Littelfuse致力於提供應用支援、LED照明樣品套件、標準解釋 和測試，以確保我們的客戶滿足終端客戶的要求、事業蒸蒸日上。