發(fā)光二極管(led)技術(shù)已經(jīng)取得了快速的進(jìn)展，而芯片設(shè)計(jì)和材料的改進(jìn)促進(jìn)了更亮,、更耐用光源的開發(fā),，使光源應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大。但LED照明廠商仍須繼續(xù)克服LED光源熱敏感性強(qiáng)的難題,。熱量過多或應(yīng)用不當(dāng)都會(huì)使LED光源的性能大打折扣,。

　　散熱管理決定LED壽命

　　使用一個(gè)60瓦白熾燈泡的燈具大約產(chǎn)生900流明照度，必須通過傳導(dǎo)耗散3瓦熱量,。使用典型直流LED作為光源達(dá)到相同的900流明照度只需要十二個(gè)LED,。假設(shè)順向電壓(VF)為3.2伏特，電流為350毫安,，該燈具的輸入功率可按下列公式1計(jì)算：

　　功率=12x3.2伏特x350毫安=13.4瓦………公式1

　　在此情況下,，約20%輸入功率轉(zhuǎn)換為光，80%則轉(zhuǎn)換為熱,。這取決于多種因素,，發(fā)熱可能與底層不規(guī)則以及聲子發(fā)射、密封,、材料等有關(guān),。在LED產(chǎn)生的總熱量中，有90%透過傳導(dǎo)傳輸,。表1為耗散來自LED接面的熱量,，傳導(dǎo)是導(dǎo)熱的主要通道,，因?yàn)閷?duì)流和輻射僅占全部熱傳輸約10%。比如一個(gè)LED可能轉(zhuǎn)換近10.72瓦熱量(13.4瓦×0.8),。其中,，9.648瓦(10.72瓦×0.9)透過傳導(dǎo)從LED接面?zhèn)鬏敾蜻w移。顯然,，LED光源需要精確的功率和熱管理系統(tǒng),，因?yàn)榕c其他光源相比，提供給LED的電能大部分轉(zhuǎn)換為熱量,。如果沒有適當(dāng)?shù)臒峁芾?，這種熱量會(huì)影響LED壽命和色彩輸出。同時(shí)由于LED驅(qū)動(dòng)裝置屬于硅組件,，很快就會(huì)失效,，因此必須配備故障安全備用過電流保護(hù)裝置。

　　LED的光學(xué)性能因溫度不同而呈現(xiàn)明顯的差別,。LED的發(fā)光量隨接面溫度升高而減少，對(duì)某些技術(shù)而言,，發(fā)射波長也會(huì)隨溫度而變化,。如果不對(duì)驅(qū)動(dòng)電流和接面溫度加以適當(dāng)控制，LED效率會(huì)迅速下降,，造成亮度減弱,、壽命縮短。與接面溫度有關(guān)的另一個(gè)LED特性是順向電壓(圖1),，VF為經(jīng)過LED順向壓降,，當(dāng)傳導(dǎo)開始時(shí)，VF約為2伏特(對(duì)于紅色LED)和3.5伏特(對(duì)于藍(lán)色LED);TF為在PN接面上,，LED內(nèi)部的溫度,。如果該溫度過高，LED將損壞;Ij為經(jīng)過LED的順向電流,。如果僅使用一個(gè)簡單的偏壓電阻控制驅(qū)動(dòng)電流,，VF將隨溫度升高而下降，驅(qū)動(dòng)電流增大,。尤其對(duì)大功率LED而言,，這將導(dǎo)致熱崩潰，并造成組件失效,。常見的做法是透過將LED安裝在金屬芯印刷電路板(PCB)上加速導(dǎo)熱,，從而控制接面溫度。電線耦合瞬態(tài)和涌流也會(huì)減少LED壽命,，許多LED驅(qū)動(dòng)裝置很容易因直流電壓和極性錯(cuò)誤而受損,，LED驅(qū)動(dòng)裝置的輸出也會(huì)因短路而受損或毀壞,。多數(shù)LED驅(qū)動(dòng)裝置含有內(nèi)置安全功能，包括熱關(guān)機(jī)以及LED開路和短路檢測(cè),。但是,，要保護(hù)IC和其他敏感電子組件，可能需要額外的過流保護(hù)組件,。

　　圖1 順向電壓隨接面溫度升高而下降

　　輸入/輸出保護(hù)防止負(fù)載異常

　　LED是透過定電流驅(qū)動(dòng)的,，其順向電壓介于2～4.5伏特之間，與顏色和電流有關(guān),。舊式設(shè)計(jì)依靠簡單電阻器限制LED驅(qū)動(dòng)電流,，但是基于廠家規(guī)定的典型順向壓降設(shè)計(jì)LED電路會(huì)導(dǎo)致LED驅(qū)動(dòng)裝置過熱。當(dāng)經(jīng)過LED的順向壓降下降到遠(yuǎn)低于典型規(guī)定值的水平時(shí),，可能會(huì)出現(xiàn)這種情況,。在這類事件中，經(jīng)過LED驅(qū)動(dòng)裝置的電壓升高可能導(dǎo)致來自驅(qū)動(dòng)裝置封裝的總功率耗散更高,，因此對(duì)性能或壽命產(chǎn)生不利影響,。

　　目前，多數(shù)LED應(yīng)用利用功率轉(zhuǎn)換和控制組件連接各種功率源,，如交流電線,、太陽能電池板或電池，來控制LED驅(qū)動(dòng)裝置的功率耗散,。對(duì)這些接口加以保護(hù),，防止它們因過流和過溫而受損，常常用到具有可復(fù)位能力的聚合物正溫度系數(shù)(PPTC)組件(圖2),?？梢耘c功率輸入串聯(lián)一個(gè)PolySwitch LVR組件，防止因電氣短路,、電路超載或用戶誤操作而受損,。此外，放在輸入端上的金屬氧化物變阻(MOV)也有助于LED模塊內(nèi)的過壓保護(hù),。

　　圖2 開關(guān)模式電源的典型電路保護(hù)設(shè)計(jì)

　　PolySwitch LVR也可以放置在MOV之后,。許多設(shè)備廠商選擇能保護(hù)電路與具備上游故障安全保護(hù)的可重設(shè)定PolySwitch組件組合。在本例中,，R1是與保護(hù)電路組合使用的鎮(zhèn)流電阻,，LED驅(qū)動(dòng)裝置容易因直流電壓和極性錯(cuò)誤而受損，輸出也會(huì)因有害短路而受損或毀壞,，帶電埠也容易因過壓瞬態(tài)受損,，包括靜電放電(ESD)脈沖。圖3表示針對(duì)LED驅(qū)動(dòng)裝置和燈泡數(shù)組的典型電路保護(hù)設(shè)計(jì)，驅(qū)動(dòng)裝置輸入上的PolyZen組件既為設(shè)計(jì)人員提供了傳統(tǒng)鉗位二極管的簡單性,，同時(shí)又避免了對(duì)大量散熱片的需求,。該組件有助于單個(gè)、小型封裝內(nèi)的瞬態(tài)抑制,、反向偏壓保護(hù)和過流保護(hù),。

　　圖3 LED驅(qū)動(dòng)裝置輸入和輸出的協(xié)同保護(hù)方案

　　驅(qū)動(dòng)輸出上的PolySwitch組件有助于防止因有害短路或其他負(fù)載異常而受損，為了充分發(fā)揮PolySwitch組件的作用,，可以與金屬芯電路板或LED散熱片熱接,，此外，與LED并置的PESD組件也可以對(duì)靜電放電加以保護(hù),。

　　第二類功率源增加設(shè)計(jì)彈性

　　在照明系統(tǒng)中采用第二類功率源可成為降低成本,、提高彈性的重要因素之一。固有的有限功率源,，如變壓器,、電源供應(yīng)器或電池等，可以包含保護(hù)組件,，只要不依靠它們限制第二類功率源的輸出即可,。非固有型的有限功率源，按照定義,，具有一個(gè)分立保護(hù)組件,，當(dāng)電流和能量輸出達(dá)到預(yù)定值時(shí)它會(huì)自動(dòng)中斷輸出，各種電路保護(hù)組件都有助于提供LED照明應(yīng)用第二類功率源的安全操作,。圖4表示了一種協(xié)同保護(hù)策略的工作原理，它在交流輸入上采用了一個(gè)MOV,，在輸出電路分支上采用了一個(gè)PolySwitch組件,，可以幫助廠商滿足UL 1310第35.1小節(jié)針對(duì)開關(guān)和控制裝置的過載試驗(yàn)要求。

　　圖4 第二類功率源的協(xié)同保護(hù)方案

　　可重設(shè)PPTC組件可以防止因LED照明應(yīng)用中過流和過溫故障造成的損害,，MOV過壓保護(hù)組件有助于廠家滿足各種安全機(jī)構(gòu)的要求,，可提供大電流輸送和能量吸收能力，并快速響應(yīng)過壓瞬態(tài),。與多數(shù)ESD保護(hù)組件相比,，PESD組件電容極低，約0.25皮法,，并且具有電子行業(yè)最普遍的形狀系數(shù),。

　　PolyZen組件既為設(shè)計(jì)人員提供了傳統(tǒng)鉗位二極管的簡單性，同時(shí)又避免了對(duì)大量散熱片的需求,。這種單元件方案可以對(duì)因電源使用不當(dāng)導(dǎo)致的受損提供保護(hù),，并具有瞬態(tài)抑制、反向偏壓保護(hù)能力，也可防止因過流事件而受損,。在協(xié)同保護(hù)方案中使用這些組件可以讓設(shè)計(jì)人員減少組件數(shù)量,，提供安全可靠的產(chǎn)品，滿足監(jiān)管機(jī)構(gòu)的要求,，并減少保固和維修成本,。