過去幾年，LED照明技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，已經(jīng)掃清了它成為照明設(shè)備的各種障礙。LED照明曾經(jīng)是科學(xué)家和“嘗鮮”用戶的寵兒，但現(xiàn)在已成為“主流產(chǎn)品”。該技術(shù)有望使人們告別暴漲的電費(fèi)、冰冷的熒光燈，并實(shí)現(xiàn)長壽命，LED燈的更換頻率相當(dāng)?shù)停灾驴赡苄枰笇?dǎo)才能正確更換！但LED照明是否真正兌現(xiàn)了這些承諾？

在今年早些時(shí)候參觀新近裝修的一座建筑時(shí)，主人詳細(xì)介紹了用于提供工廠車間普通照明的LED燈具的一些特點(diǎn)。他的說法有點(diǎn)類似于“它們是真正的好燈——它們擁有七年保修”。他的聲音中沒有一絲懷疑，但當(dāng)問及假如燈具實(shí)際不能持續(xù)如此長時(shí)間而需要的維修/替換成本時(shí)，他并沒有回復(fù)。如果這些LED燈過早失效呢？

讓我們來看看具備廣闊市場(chǎng)前景的五類LED照明應(yīng)用，并討論對(duì)照明系統(tǒng)的威脅以及可最大提升可靠性用于“強(qiáng)化”你的設(shè)計(jì)的各種電路保護(hù)策略。

本文聚焦于那些有價(jià)值的電路保護(hù)部分。當(dāng)然，安全性評(píng)級(jí)機(jī)構(gòu)（UL，ETL等）會(huì)要求最低的消防和人員安全措施。這篇文章的真正目的是如何更劃算的延長被保護(hù)設(shè)備的使用壽命（而不是那些由安全人員解決的問題）。燈具的真正價(jià)值超出其零售價(jià)（雖然這肯定是一個(gè)因素），包括有價(jià)值的功能（發(fā)生故障時(shí)可能使人或其它設(shè)備陷入危險(xiǎn)），難以接近（維修或更換時(shí)的接近成本可能比設(shè)備本身成本高出一個(gè)數(shù)量級(jí)），或目標(biāo)銷售市場(chǎng)中可靠性是供應(yīng)商之間的競(jìng)爭(zhēng)熱點(diǎn)。

交流輸入通用照明

圖1的框圖顯示了一個(gè)典型的工業(yè)照明燈具。第三個(gè)模塊表示交流電路的無變壓器整流（也叫橋式整流，簡(jiǎn)稱BR），功率因數(shù)校正（PFC）電路，以及許多工業(yè)照明裝置中都包含的一個(gè)電容器組，它可將120Hz的脈沖平滑到一個(gè)可接受的水平。防火安全也要求在輸入端加入保險(xiǎn)絲，通過保護(hù)關(guān)鍵的電子元件，避免它們失效引起輸入端的過大電流，這種在整體設(shè)計(jì)中加入過壓保護(hù)的方式，有助于確保保險(xiǎn)絲不會(huì)熔斷。橋式整流（BR）中的二極管常是電壓浪涌的首批損壞元件。

如果沒有輸入過壓保護(hù)，交流輸入浪涌會(huì)找到進(jìn)入DC / DC電壓-電流轉(zhuǎn)換器模塊的路徑，而轉(zhuǎn)換器中的開關(guān)電子器件剛好負(fù)責(zé)將高直流電壓輸入轉(zhuǎn)化為LED可用的電流。電路中這些電子器件的額定電壓會(huì)高達(dá)數(shù)百伏，但很容易被超過其額定值的單次電壓浪涌摧毀——實(shí)際上，附近的雷擊或工業(yè)電動(dòng)機(jī)被切斷時(shí)可引起幾千伏的尖峰電壓。

在交流輸入端設(shè)立合適的高容量金屬氧化物變阻器（MOV）器件網(wǎng)絡(luò)是限制電壓浪涌的一種解決方案。在每一次浪涌吸收后MOV器件會(huì)老化，因此一定設(shè)計(jì)時(shí)要留有余地，在路燈應(yīng)用中，電子元件基本上附著在避雷針上面，通常建議將MOV器件和線路電壓硅TVS二極管器件相結(jié)合。 Littelfuse的AK10-170C是120V線路電壓的選擇之一。TVS器件提供精確的電壓鉗位，而且不會(huì)老化，但是TVS的缺點(diǎn)是成本很高。如果維修成本預(yù)計(jì)非常高以及需要調(diào)用專業(yè)勤務(wù)車和技師時(shí)，那這些電路保護(hù)設(shè)計(jì)引發(fā)的額外成本通常認(rèn)為是合理的。如果設(shè)備仍在保修期內(nèi)，這些高昂的維修費(fèi)用可能由制造廠商來承擔(dān)。

如圖1所示，在一些工業(yè)設(shè)計(jì)中，交流輸入保險(xiǎn)絲的尺寸必須能夠承受MOV器件的非常大的浪涌電流。在這些情況下，開關(guān)部分（同一框圖中的DC/DC轉(zhuǎn)換模塊）故障時(shí)保險(xiǎn)絲可能不夠敏感而無法斷開。但是，下游保險(xiǎn)絲可以被放置在線路整流階段（BR + PFC模塊之后），它更接近于匹配工作電流。但由于它是直流電路，必須使用專門的高壓直流保險(xiǎn)絲。 Littelfuse的477系列保險(xiǎn)絲在設(shè)計(jì)時(shí)就針對(duì)這類應(yīng)用。

在一些設(shè)計(jì)中，實(shí)際上LED本身與相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路相距較遠(yuǎn)。這有利于保證LED產(chǎn)生的熱量遠(yuǎn)離電子驅(qū)動(dòng)器。在一些路燈應(yīng)用中，電子器件位于基座上，而LED則在燈桿上，在這些設(shè)計(jì)中合適做法是提供額外TVS器件，以保護(hù)LED燈串免受感應(yīng)高電壓影響，因?yàn)閺尿?qū)動(dòng)器電路到LED的長導(dǎo)線會(huì)出現(xiàn)天線效應(yīng)（參見圖1中DC/DC轉(zhuǎn)換后的TVS模塊）。

線邦定式LED結(jié)構(gòu)通過引線連接到一個(gè)較長的高電壓串，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有一個(gè)額外的故障模式，即熱循環(huán)或機(jī)械振動(dòng)可能引起引線接合破裂，導(dǎo)致LED電路開路。解決辦法是使用LED開路旁路器（圖1），旁路掉發(fā)生開路故障的LED，以保持燈串的其余部分繼續(xù)工作。如果沒有這些器件，失效為開路的一個(gè)LED燈會(huì)熄滅所有LED燈串。一些保證措施允許一定比例的LED燈發(fā)生故障，只要燈具則可維持指定的最低亮度輸出。

更多保護(hù)措施請(qǐng)關(guān)注我們的的下篇文章。

編者注：什么是橋式整流？

橋式整流器是利用二極管的單向?qū)ㄐ赃M(jìn)行整流的最常用的電路，常用來將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姟?/p>

橋式整流電路的工作原理如下：e2為正半周時(shí)，對(duì)D1、D3加正向電壓，Dl、D3導(dǎo)通；對(duì)D2、D4加反向電壓，D2、D4截止。電路中構(gòu)成e2、D1、Rfz 、D3通電回路，在Rfz 上形成上正下負(fù)的半波整流電壓，e2為負(fù)半周時(shí)，對(duì)D2、D4加正向電壓，D2、D4導(dǎo)通；對(duì)D1、D3加反向電壓，D1、D3截止。電路中構(gòu)成e2、D2、Rfz 、D4通電回路，同樣在Rfz 上形成上正下負(fù)的另外半波的整流電壓。如此重復(fù)下去，結(jié)果在Rfz 上便得到全波整流電壓。其波形圖和全波整流波形圖是一樣的。從圖5-6中還不難看出，橋式電路中每只二極管承受的反向電壓等于變壓器次級(jí)電壓的最大值，比全波整流電路小一半。橋式整流是對(duì)二極管半波整流的一種改進(jìn)。