輕松應對復雜環(huán)境LED驅動浪涌保護應用

LED之所以在市場上頗受歡迎，是由于其高效、低能耗的特點。因此其被廣泛應用于顯示照明以及信號指示燈等領域。但是應用領域的廣泛同時也對LED本身的環(huán)境適應性提出了挑戰(zhàn)，在戶外工作時，LED的驅動電路非常容易受到到過電壓和過電流的沖擊而造成故障或損壞，對財產和人員造成損失。所以在生產一款LED電源時一定要考慮其工作環(huán)境的復雜性，并作出保護性設計，降低故障的發(fā)生率。本文就針對如何對LED的驅動電路進行防護進行了簡單的探討。 　　熟悉LED電路的朋友一定都知道，LED驅動電路一般由下面幾個部分構成幾個部分構成，包括AC輸入、整流,、DC/DC轉換、等模塊。而保護措施需要根據不同模塊做出相應的調整，比如各個模塊和電流在受到浪涌的情況下就需要不同有效防護措施。 　　1、LED驅動電路浪涌保護應用 　　在交流電源AC輸入端浪涌保護方案，可以采用壓敏電阻(MOV) 或加氣體放電管(GDT/SPG)組合來進行設計。在有接地的情況下，可以采用如圖1差共模同時防護的理念，在L-N之間并聯壓敏電阻(MOV)，可以有效地抑制差模所產生的浪涌過電壓，起到對后級電路保護，在L/N-PE之間分別采用MOV 或MOV+GDT/SPG對地的電路連接方式可以有效的將共模浪涌能量泄放到大地, 防止浪涌引入到后級電路而造成損壞;如果在電源沒有接地線情況下，如圖2則在L-N線間可直接并聯壓敏電阻進行差模防護即可。 　　為了避勉MOV保護元件在防護失效之后，出現短路失效著火燃燒的可能性，可以使用TMOV或PMOV進行保護。針對上面 MOV交流耐受電壓選擇至少要高于線路最大交流工作電壓1.2~1.4倍，以避勉誤動作，在有同時使用放電管GDT/SPG時，放電管擊穿電壓的下限值必須至少高于電路的最大峰值電壓，耐受電流必須根據自身浪涌等級的需求選擇不同電流等級，以符合于浪涌測試標準的要求。 　　2、AC/DC后防護電路示意圖 　　在有交流經過整流后，后端直流電路中的芯片對過壓和過流非常敏感，芯片易受損壞，如圖3所示，經整流之后并聯瞬態(tài)抑制二極管TVS， 在有過壓產生時，TVS會以皮秒級的反應速度動作而把過高電壓鉗制在一個安全的范圍內，從而保護后端芯片免受過壓的沖擊。異常電流可以通過在電路中設計自恢復保險絲PPTC進行防護，PPTC在過流產生時阻抗能迅速的變大，從而有效地阻斷異常電流，直至故障排除PPTC就可繼續(xù)恢復低阻狀態(tài)，使電路能繼續(xù)恢復到正常工作狀態(tài)。 　　TVS選用時截止電壓一般為正常工作電壓峰值的1.2~1.4倍即可，TVS功率大小要根據過壓的能量選擇合適的等級。PPTC選擇要結合電路工作電流及電壓進行參考以及環(huán)境溫度也是影響PPTC選擇一個重要關鍵指標，PPTC的保持電流會隨著應用環(huán)境溫度的升高而降低。PPTC在電路中的位置一般串聯在TVS前端，這樣PPTC不僅可以對電路芯片有效的起到保護作用同時又可以對TVS管起到一定保護作用，可以大大的提高TVS管的使用壽命。 　　3、LED直接驅動電路防護示意圖 圖4 LED直流驅動電路防護示意圖 　　LED發(fā)光的亮度是由通過LED的電流大小來控制， 不穩(wěn)定的電流又極易燒壞LED，如圖4在DC/DC模塊后可以在電路中串聯恒流二極管來獲得穩(wěn)定的電流,，這樣不僅可以使LED獲得穩(wěn)定的亮度,，又不至于因電流的不穩(wěn)定而燒壞LED。低功率的LED燈工作電流一般為10mA到30mA，大功率的LED燈工作電流從200mA到1400mA不等，可以根據所需要的工作電流選擇型號合適的恒流二極管。由于LED燈也易遭受到靜電放電過壓的干擾受損， 因此DC/DC電路后端的LED燈也需要做一定的有效過壓防護，一般采用TVS管就可以。 　　4、LED燈串起防護示意圖 圖5 LED燈泡防護示意圖 　　當多個的LED燈通過串聯的方式進行連接時, 如圖5所示，一旦出現LED燈出現失效開路故障，整個LED燈都會因為此故障而影響到其它LED燈正常工作，為了解決這個問題, 可以針對每個LED燈上并聯一個防開路的LED保護器件Tx，這樣就可充分的提高每個LED的使用效率，當單個LED出現失效開路故障時, 與之并聯的LED開路保護器件Tx會立即導通， 使之可持續(xù)的維持處于通態(tài)，從而保證了電路中其它串聯的LED不因單顆LED的開路故障而熄滅，但此防護措施成本相對比較高。 　　綜上所述， LED驅動電路一般由AC輸入、整流,、DC/DC轉換、等模塊組成，從而一個LED驅動電路大致整體的防護方案可以參考如圖6所示： 圖6 LED驅動電源整體防護示意圖 　　當處于實際的應用中時，影響浪涌保護元件選擇的因素非常多，雷擊浪涌測試等級、芯片參數、工作電壓、工作環(huán)境等都是必須考慮的問題。所以在為LED驅動電源設計防護時，我們就需要對諸多因素進行考慮，只有綜合多方情況仔細考量，才能有目的性的設計出能夠充分發(fā)揮作用的保護方案。