基于PPTC的大功率LED照明設(shè)計分析

大功率LED照明解決方案的開發(fā)廠家目前遇到的最大設(shè)計挑戰(zhàn)是散熱設(shè)計和過熱保護，他們必須攻克LED光源對熱敏感性強的難題，因為熱量過多或應(yīng)用不當(dāng)都會使LED光源的性能大打折扣。

理論和實踐都已經(jīng)證明，LED的性能和壽命與LED的PN結(jié)工作溫度緊密相關(guān)。當(dāng)LED芯片內(nèi)結(jié)溫升高10℃時，光通量就會衰減1%，LED的壽命就減少50%，過流、過壓和過熱都會顯著地減少LED的發(fā)光性能和使用壽命。因此除了良好的散熱設(shè)計，安全可靠的過熱保護也是必須考慮的。

通常對LED而言，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%通過傳導(dǎo)傳輸。為耗散來自LED結(jié)的熱量，傳導(dǎo)是導(dǎo)熱的主要通道，因為對流和輻射僅占全部熱傳輸?shù)募s10%。

顯然，LED光源需要精確的功率和熱管理系統(tǒng)，因為與其他光源相比，提供給LED的電能大部分轉(zhuǎn)換為熱量。如果沒有適當(dāng)?shù)臒峁芾恚@種熱量會影響LED壽命和色彩輸出。同時，由于LED驅(qū)動裝置屬于硅器件，它們很快就會失效。這說明必須要配備故障安全備用過流保護裝置。

那么，為什么說成功的大功率LED照明設(shè)計離不開PPTC 呢？很多人覺得LED驅(qū)動器本身就能提供過流和過熱保護功能，沒必要再在外部添加一個PPTC器件，因為這會增加額外的成本。但這是錯誤的觀點，許多LED驅(qū)動器很容易因直流電壓和極性錯誤而受損。LED驅(qū)動器的輸出也會因短路而受損或毀壞。盡管多數(shù)LED驅(qū)動器含有內(nèi)置安全功能，包括熱關(guān)機以及LED開路和短路檢測。但是，要保護集成電路(IC)和其他敏感電子元件，可能需要額外的過流保護器件。因此，只有PPTC（特別是可復(fù)位PolySwitch PPTC）才是防止大功率LED過熱損壞的最合適解決方案。

為了說明這個問題，我們首先來看一下典型的LED驅(qū)動器能提供什么保護功能。大多數(shù)大功率LED恒流驅(qū)動器能提供的典型保護特性包括：熱關(guān)斷保護、過壓/過流比較器、大電流MOSFET、電流大小調(diào)節(jié)、某一級別的ESD保護。但是，其熱關(guān)斷特性只是一個自保功能，很難應(yīng)用到LED過熱設(shè)計保護中。其過壓/過流保護特性需要外部過壓保護電路，關(guān)斷電源可能會引起其他問題。大電流MOSFET的故障模式通常是短路，這是潛在的不安全因素。實現(xiàn)LED調(diào)光用的電流調(diào)節(jié)特性可能引起LED過溫問題。

但PPTC保護大功率LED的理念是不同的，它有以下4個獨特優(yōu)點：1）PPTC的典型故障模式是高阻抗，因此即使在故障狀態(tài)，LED也是安全的。2）PPTC可以直接測量LED的溫度，因此可以貼身保護。3）PPTC可以實現(xiàn)過溫、過流和過壓保護功能。使用非常簡單，不需要外部電路。LED即使在保護狀態(tài)下也可以正常工作。4）允許設(shè)計師以更低成本實現(xiàn)調(diào)光設(shè)計，而不用擔(dān)心安全問題。因此只需要在LED驅(qū)動器外面配一個PPTC器件就可以實現(xiàn)更強的安全性、滿足最嚴(yán)格的安全標(biāo)準(zhǔn)和實現(xiàn)降成本。