LED的EOS防護設計

在科技高度發(fā)展的今天，電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代越來越快，LED燈的技術也在不斷發(fā)展，為我們的城市裝飾得五顏六色。隨著LED技術的日趨成熟，LED照明的使用越來越廣泛，例如手機的LED閃光，LED家用燈具，汽車的LED前燈和尾燈等等。但是如何有效的延長LED的使用壽命，也許很多人都并不是特別清楚。

EOS是Electrical Over Stress的縮寫，指所有的過度電性應力。EOS沖擊的意思是電子元器件被施加的電流或者電壓超過該元器件最大的設計規(guī)范要求時，該元器件便會發(fā)生性能減弱，甚至于直接損壞的現(xiàn)象。LED器件很容易受到EOS的損傷，這種損壞有時能夠直接擊壞器件造成失效，而有時失效則可能在EOS發(fā)生一段時間后才發(fā)生。電源輸出質(zhì)量的不穩(wěn)定，各種過電壓過電流的噪音，以及熱插拔應用使用中的突入電流現(xiàn)象等都是能夠產(chǎn)生EOS失效的諸多因素，這種EOS現(xiàn)象都屬于短時間的過負荷，在短時間內(nèi)(一般在一秒鐘內(nèi))LED受到尖峰電壓或者尖峰電流的沖擊，這種電壓或者電流的能量超過了LED的設計額定值，從而損傷LED器件。

簡單介紹了LED的EOS問題后，來看看解決方案。保護LED免受EOS損傷的防護方案基本都是將EOS產(chǎn)生的瞬態(tài)電壓箝位在器件所能承受的范圍內(nèi)。理論上消除這種瞬態(tài)電壓最好的防護器件是電容，電容能很好的將瞬態(tài)電壓吸收。但是在實際應用中，由于電容的高溫壽命和較大體積等因素，實在不是一種比較好的方案。

因此大多的工程師在解決該問題時往往偏向于使用TVS穩(wěn)壓管來進行保護，但是在選擇TVS管的時候必須考慮到TVS管所能承受的最大功率，由于EOS沖擊的瞬態(tài)能量的不確定性，想要完全承受所有的EOS沖擊的瞬態(tài)能量就需要選擇比較昂貴的大功率TVS管，這往往是產(chǎn)品工程師所不愿意的。那時如果因為成本問題選擇相對較小功率的TVS管后，在實際的應用中如果有較大能量的EOS沖擊，可能會減弱、甚至損壞TVS管的保護功能。如果TVS管損壞，那后續(xù)的EOS將直接對LED形成沖擊，導致LED的受損。另外，TVS管的箝位電壓的精度也會直接影響到EOS沖擊對后續(xù)LED的作用，因為加在LED兩端的電壓增加都會立刻表現(xiàn)為流經(jīng)LED的電流增大。

另外還有一種方案，就是使用TE公司的PolyZen系列元器件，該起降能夠有效的減輕EOS侵擾，提高產(chǎn)品的可靠性。TE公司電路保護部的PolyZen產(chǎn)品是獨立的表面貼裝器件，它集成了一個可供選擇齊納電壓(Vz)的精密齊納二極管，以及一個PolySwitch聚合物正溫度系數(shù)(PPTC)器件，產(chǎn)品原理圖如圖1所示。PolyZen系列適用于空間狹小的薄型緊湊型環(huán)境，它使用了具有熱保護功能的齊納二極管，以幫助保護電子產(chǎn)品避免電壓瞬變、反向偏置和錯誤的電源使用造成的失效。如圖2，Polyzen產(chǎn)品的典型應用框圖，在故障狀態(tài)時，精密齊納二極管能快速有效的鉗位電壓并分流故障電流，而PolySwitch PPTC組件則可以繼而快速的關斷過大的電流，從而幫助保護齊納二極管和下游電子組件。

PolyZen產(chǎn)品的典型故障響應如圖3所示，圖例中選用的是一個集成了5.6V齊納電壓的PolyZen器件，在24V過壓條件(Vin)下，系統(tǒng)有10A的故障電流(Iflt)通過，PolyZen器件中的精密齊納二極管能夠快速的將輸出電壓(Vout)鉗位在5.6V附近，保護了負載電路，同時器件中的PPTC能夠快速的動作截斷電流，持續(xù)長久保護齊納二極管與整個電路。

將PolyZende的產(chǎn)品用于LED的EOS保護電路中時，不僅能快速將EOS的瞬態(tài)電壓箝位到安全電壓以下，并且當EOS沖擊的能量較大時，PolyZen器件內(nèi)部的齊納二極管會促使PPTC動作，保護齊納二極管本身以及后續(xù)電路。而且在有些不能因為故障而缺失照明的LED照明系統(tǒng)中，PPTC更優(yōu)于其他過流保護的器件，因為PPTC在保護狀態(tài)下依然能使LED發(fā)光，但是又不損壞LED。而且集成在PolyZen器件內(nèi)部的齊納二極管的箝位電壓精度非常高，能準確的將電壓箝位在安全范圍內(nèi)。因此相對于TVS管的EOS保護方案，PolyZen器件具有更多的優(yōu)勢。

PolyZen系列元器件是具有纖薄外形的集成式過壓和過流保護器件，具有強大的電路保護功能，以幫助保護敏感的電子產(chǎn)品，避免因為過壓和過流失效而導致的代價昂貴的產(chǎn)品返修和質(zhì)保問題。PolyZen系列產(chǎn)品為電路板設計人員提供了方便的過壓過流保護器件，讓他們不再需要花費大量的時間去集成并測試低效的分立器件及較昂貴的IC解決方案。如今PolyZen系列產(chǎn)品已經(jīng)有豐富的齊納二極管與PPTC集成組合方便實際應用選擇。

其小尺寸，獨立貼裝，多功能保護已經(jīng)成為過流過壓保護應用中一種具備顯著性能與價格優(yōu)勢的創(chuàng)新型解決方案，超越了使用熔斷器、齊納二極管和其它無源組件的分立式解決方案。相信在未來的科學技術更加發(fā)達的時候，LED會以更加多種類的方式為我們的生活帶來更大的方便，這就需要我們的科研人員更加努力學習知識，這樣才能為科技的發(fā)展貢獻自己的力量。