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、冰冷的熒光燈，并實現(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？

在今年早些時候參觀新近裝修的一座建筑時，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。他的說法有點類似于“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)問及假如燈具實際不能持續(xù)如此長時間而需要的維修/替換成本時，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前景的五類LED照明應(yīng)用，并討論對照明系統(tǒng)的威脅以及可最大提升可靠性用于“強化”你的設(shè)計的各種電路保護策略。

本文聚焦于那些有價值的電路保護部分。當(dāng)然，安全性評級機構(gòu)（UL，ETL等）會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）。燈具的真正價值超出其零售價（雖然這肯定是一個因素），包括有價值的功能（發(fā)生故障時可能使人或其它設(shè)備陷入危險），難以接近（維修或更換時的接近成本可能比設(shè)備本身成本高出一個數(shù)量級），或目標(biāo)銷售市場中可靠性是供應(yīng)商之間的競爭熱點。

交流輸入通用照明

圖1的框圖顯示了一個典型的工業(yè)照明燈具。第三個模塊表示交流電路的無變壓器整流（也叫橋式整流，簡稱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電容器組，它可將120Hz的脈沖平滑到一個可接受的水平。防火安全也要求在輸入端加入保險絲，通過保護關(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)計中加入過壓保護的方式，有助于確保保險絲不會熔斷。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，交流輸入浪涌會找到進入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高達數(shù)百伏，但很容易被超過其額定值的單次電壓浪涌摧毀——實際上，附近的雷擊或工業(yè)電動機被切斷時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器件會老化，因此一定設(shè)計時要留有余地，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，而且不會老化，但是TVS的缺點是成本很高。如果維修成本預(yù)計非常高以及需要調(diào)用專業(yè)勤務(wù)車和技師時，那這些電路保護設(shè)計引發(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)計中，交流輸入保險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）故障時保險絲可能不夠敏感而無法斷開。但是，下游保險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絲。 Littelfuse的477系列保險絲在設(shè)計時就針對這類應(yīng)用。

在一些設(shè)計中，實際上LED本身與相應(yīng)的驅(qū)動電路相距較遠。這有利于保證LED產(chǎn)生的熱量遠離電子驅(qū)動器。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)計中合適做法是提供額外TVS器件，以保護LED燈串免受感應(yīng)高電壓影響，因為從驅(qū)動器電路到LED的長導(dǎo)線會出現(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較長的高電壓串，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計具有一個額外的故障模式，即熱循環(huán)或機械振動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LED燈會熄滅所有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。

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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，對D1、D3加正向電壓，Dl、D3導(dǎo)通；對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，對D2、D4加正向電壓，D2、D4導(dǎo)通；對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電壓的最大值，比全波整流電路小一半。橋式整流是對二極管半波整流的一種改進。