未來半年是LED保護元件的關(guān)鍵時機
摘要： 為了滿足大功率LED照明應(yīng)用的需要，LED通常被設(shè)計成5顆到20顆串聯(lián)使用，因為單顆LED的功率因散熱問題不可能做得很大。但問題是，只要串聯(lián)結(jié)構(gòu)中的任何一顆LED出故障，整串LED就會一起出故障。在路燈或機場跑道照明應(yīng)用中，一串LED出故障可能導(dǎo)致整體燈光亮度變暗或完全變黑，導(dǎo)致無法想象的安全問題。在戶外LED廣告顯示屏應(yīng)用中，這可能產(chǎn)生白點，并導(dǎo)致營收損失。在以上任何一種應(yīng)用中，一串LED的故障經(jīng)常導(dǎo)致戶外應(yīng)用中代價高昂的維護問題。
關(guān)鍵字： LED照明， 高功率， 保護元件
大功率LED照明應(yīng)用需要保護元件
高功率LED能提供白熾燈或CFL燈所無法提供的長工作壽命、低功耗和低維護需求，這些因素使得LED在戶外應(yīng)用中越來越普及。不過，LED是敏感電子元件，它很容易被系統(tǒng)開關(guān)機、靜電放電和鄰近雷擊所引發(fā)的瞬態(tài)過壓和過流損壞。此外，驅(qū)動LED的開關(guān)電源不提供感性LED照明電子鎮(zhèn)流器的瞬態(tài)過壓或過流保護。
為了滿足大功率LED照明應(yīng)用的需要，LED通常被設(shè)計成5顆到20顆串聯(lián)使用，因為單顆LED的功率因散熱問題不可能做得很大。但問題是，只要串聯(lián)結(jié)構(gòu)中的任何一顆LED出故障，整串LED就會一起出故障。在路燈或機場跑道照明應(yīng)用中，一串LED出故障可能導(dǎo)致整體燈光亮度變暗或完全變黑，導(dǎo)致無法想象的安全問題。在戶外LED廣告顯示屏應(yīng)用中，這可能產(chǎn)生白點，并導(dǎo)致營收損失。在以上任何一種應(yīng)用中，一串LED的故障經(jīng)常導(dǎo)致戶外應(yīng)用中代價高昂的維護問題。
為解決這一問題，不少供應(yīng)商已相繼推出各種尺寸的LED保護元件，如Bourns、Littelfuse(力特)、TE(原泰科電子)、安森美和Vishay等。
傳統(tǒng)LED的保護主要考慮防雷擊和ESD影響造成的浪涌，以及防止電源的正負(fù)極接反時造成的損害。但是對于應(yīng)用于室外照明的大功率LED，還需要考慮LED串如何可靠工作以及降低維護成本，Bourns和力特等供應(yīng)商推出的LED保護元件可以完全滿足以上所有需求。LED保護元件不僅能防雷擊、浪涌、反接，還能在LED燈串中有個別LED損壞造成開路時，保證其它LED正常發(fā)光。
LED保護元件元件也能有效保護LED免受鄰近雷擊和ESD放電等浪涌電壓/電流源的沖擊。此外，LED保護元件含有反向電流二極管，這可保護LED串不受電源極性反接的影響。
LED保護元件與串聯(lián)中的每個LED并聯(lián)。如果某個LED開路，則與其連接的LED保護元件會接通并將本應(yīng)通過該故障LED的電流導(dǎo)向LED保護元件。這確保了燈串中的其它LED能夠正常工作，因此熄滅的僅僅是單個LED，而整個燈串仍可正常工作，大大降低了室外照明的后期維護成本。
在未接通的情況下，LED保護元件僅通過數(shù)微安培的電流，因此不會影響整個電路。在觸發(fā)狀態(tài)下，它將承載燈串的全部電流并產(chǎn)生約1.3伏的電壓降。
未來的半年將是大功率LED保護需求從低生產(chǎn)成本、高維修率、高維護成本到低維修率、高可靠性、低維護甚至免維護成本轉(zhuǎn)變的時期，也是LED保護元件被市場接受和認(rèn)可的關(guān)鍵時機。
未來半年是LED保護元件的關(guān)鍵時機
Bourns市場總監(jiān)Kelly Casey
Bourns市場總監(jiān)Kelly Casey說：“LSP LED分流保護元件能提供更高程度的可靠性，它可保護功率高達(dá)3W的LED。目前，越來越多的LED燈具設(shè)計師開始認(rèn)識到此種保護方式的好處，預(yù)期未來幾年對于LED分流保護元件的需求將會大增?！?/P>
Bourns目前可提供四種LSP元件，皆是采用普及的SMB封裝。每一個系列都可以針對串聯(lián)LED提供旁路1、2、3或4顆LED的功能。由于提供了四種系列，因此設(shè)計人員可以就成本考慮優(yōu)化其產(chǎn)品的保護層級。所有的這些系列皆適用于工作電流為75mA至1000mA之間的LED。
Kelly Casey表示，我們是在自有晶圓廠中生產(chǎn)這些半導(dǎo)體元件，因此在制造上擁有極大的彈性，能快速符合客戶的需求?，F(xiàn)階段LSP系列的交貨期為16至20周。再者，針對LED照明設(shè)計所需的元件，Bourns提供一站式采購服務(wù)，包括過電壓、過電流和高溫保護元件，以及用于電源電路的電感和電流感應(yīng)電阻等。而LSP系列所提供的高可靠度讓Bourns的LED元件產(chǎn)品線更為完整。
力特(Littelfuse)分銷商深圳世強電訊(SecomTel)市場經(jīng)理郭宇表示，根據(jù)電壓的不同，力特LED保護元件產(chǎn)品可以分為LED保護元件5、LED保護元件6、LED保護元件9、LED保護元件13、LED保護元件18共5個系列，其中LED保護元件5系列提供QFN及SOT-89兩種封裝，其它系列均提供QFN和DO-214封裝。力特有非常完善的彈性生產(chǎn)機制，能很好的適應(yīng)客戶訂單需求變化，一般標(biāo)準(zhǔn)交期為8到10周。
郭宇表示：“力特的LED保護元件是業(yè)內(nèi)唯一量產(chǎn)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的LED保護器件，可以為LED提供全方位的保護，并且體積小、發(fā)熱量低、工作可靠，是極具性價比的大功率LED保護產(chǎn)品。”
LED保護元件獨特性
目前市場也有人考慮利用SCR和齊納二極管進(jìn)行LED保護，但這三種保護元件其實有很多不同的屬性，不是通用互換產(chǎn)品。請看以下關(guān)于LED保護元件與常見的SCR以及齊納二極管性能的比較：1)LED保護元件能夠提供LED開路保護;SCR也能提供該保護，但齊納二極管不提供，因為燈串電流會導(dǎo)致齊納二極管過載并縮短其使用壽命。 2)LED保護元件提供電極反接保護，而SCR和齊納二極管則不提供。 3)LED保護元件和齊納二極管均提供ESD/雷擊保護，而SCR則不提供。(請見圖1)。[!--empirenews.page--]
圖1：LED保護元件與常見SCR和齊納二極管的比較
市場開始接受LED保護元件
基本上，力特的LED保護元件產(chǎn)品推出的時間較短，現(xiàn)在還處于客戶接受期。不過，郭宇表示，在今年6月的廣州照明展上，LED保護元件的Demo已引起了眾多室外LED照明廠家的關(guān)注，并紛紛索取樣品測試，相信隨著室外LED照明廠商對可靠性要求的提高，LED保護元件產(chǎn)品將迅速得到市場的認(rèn)可。
未來的半年將是大功率LED保護需求從低生產(chǎn)成本、高維修率、高維護成本到低維修率、高可靠性、低維護甚至免維護成本轉(zhuǎn)變的時期，這也將是LED保護元件被市場接受和認(rèn)可的關(guān)鍵時機。
以上介紹的LED保護元件主要是針對照明需求，不過，不同的市場對于LED保護元件有不同的需求，例如包括顯示器背光在內(nèi)的小功率LED市場所需的保護元件為瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)。上海光宇睿芯微電子(SINO-IC)目前的主力產(chǎn)品之一便是TVS，不過，作為LED保護完整解決方案的供貨商，SINO-IC當(dāng)然也針對高功率LED市場，例如路燈照明提供所需的保護元件，目前主要的產(chǎn)品為半導(dǎo)體放電管，以及主要用于程控系統(tǒng)中的保護IC。
SINO-IC表示，該公司的TVS尺寸相當(dāng)小，因此可以用在LED封裝中(例如3528)。至于半導(dǎo)體放電管的作用就猶如一個開關(guān)一般，它能讓大電流通過，但是耗電極少，因此溫度便不會升高，可說是高功率LED(例如路燈照明)的最佳保護元件。SINO-IC的TVS月產(chǎn)量為100 KK，Sidactor為10 KK，保護IC亦是10 KK。初次供貨的交貨期約需四星期，但若是長期供貨，交貨期可縮短至1星期。
最后，關(guān)于LED保護還有另一個趨勢，亦即將LED概念與保護元件概念結(jié)合在一起研發(fā)出LED保護元件新產(chǎn)品。也就是說將保護元件直接內(nèi)建陶瓷基板中，不須要再額外添加保護元件，如此可節(jié)省成本并減少20%-30%的LED元件空間，針對此，臺灣璦司柏電子已開發(fā)相關(guān)產(chǎn)品及技術(shù)，后續(xù)值得觀察。
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