LED照明擺脫故障失效困擾

LED燈串中，若有一顆發生故障斷路(Open-circuit)，將導致所有LED熄滅。因此，業界提出新的LED斷路保護器解決方案，確保LED燈串其中一顆出現故障斷路時，其他LED仍能正常工作，同時還可防止雷擊或靜電放電(ESD)所造成的損壞。

　　LED通常串聯在燈串中，若燈串中其中一個LED因故障斷路(Open-circuit)，燈串中的所有LED都會熄滅。但如果一個LED短路(Short)，那么燈串的其他部位基本上不受影響。有鑒于此，業界提出能在燈串中其中一顆LED因故障斷路，但其他LED保持正常工作，并能同時防止其他電子故障的解決方案--LED斷路保護器。

　　LED斷路保護器可以與燈串中的每個LED并聯，將斷路故障的LED電流分流(Shunt Current)，以保持燈串其余部分LED繼續工作。當電路中發生過電壓并導致燈串發生過電流，或者在電極接反時，保護器同樣可以發揮作用。

　　業界設計工程師為達到LED斷路保護目的，嘗試許多元件，如齊納二極體(Zener Diode)、金屬氧化物壓敏電阻(Metal Oxide Varistor, MOV)和矽控整流器(Silicon Controlled Rectifier, SCR)，但LED斷路保護器仍系業界首選，因為LED斷路保護器是專為上述應用設計的。如圖1所示，當一顆LED出現斷路故障，其兩端的電壓試圖上升到電源的恒流輸出電壓。LED斷路保護器感測到這一電壓上升，并開始導通，限制其壓降至1.3伏特(V)左右，以保持LED燈串其余部分正常工作。

　　圖1　當一個LED出現開路故障，LED斷路保護器開始導通，限制其壓降至1.3V，并保持串中剩余部分正常工作。

　　LED斷路保護器具有不同的特性和額定電壓可選。部分保護器可保護燈串中的個別LED，其他的方案則可以允許設計工程師用一個單一保護器確保兩個到五個LED，以節約成本。業界廠商前幾年推出的LED斷路保護器已可以提供斷路LED和雷擊浪涌(Lightning Surge)保護，但是對于ESD事件和極性反接的保護卻不太理想。新一代的LED斷路保護器可以同時提供ESD與極性反接保護，設計人員應根據應用中的可能故障情況和需求選擇新一代元件。

　　ESD和雷擊保護

　　ESD在組裝或現場安裝時能進入到LED燈串中，這可能來自於機器到LED燈串或人體接觸到LED燈串；雷電可以通過兩種方式進入LED燈串--附近的雷擊可能會在電源中造成瞬變，耦合LED驅動器并進入燈串，或者附近的雷擊可能在LED驅動器供電軌上，也可能在接到LED燈串線路上造成電氣瞬變。

　　雷擊浪涌具有8?10微秒的上升時間(圖2)，而ESD事件的上升時間僅有幾奈秒(ns)(圖3)，其中差異取決於檢測方法。早期的LED斷路保護器只能抵御雷擊，但不能抵御ESD事件。新一代的LED斷路保護器，以Littlefuse PLED 5系列為例，可以應對在±15千伏特(kV)空氣放電、±8千伏特接觸放電的ESD事件，以及±40安培(A)5/50奈秒(ns)的電氣快速暫態(Electrical Fast Transient, EFT)。

　　圖2 雷電沖擊具有8~10微秒的上升時間。

　　圖3 ESD事件具有幾奈秒的上升時間。LED斷路保護器可以應對在＋-15kV空氣放電、＋-18kV接觸放電的ESD　　極性反接保護

　　LED燈串受到極性反接影響的最為常見的方式是在現場安裝時，燈串放置或方向錯誤，導致LED燈串反向通電。

　　業界LED斷路保護器的模型具有1.1~1.6伏特的反向偏置導通電壓(圖4)，比一個典型高功率LED的反向擊穿電壓要小得許多，對比其他元件，它們的反向偏置導通電壓，以及正向偏置導通電壓相似。

　　圖4 PLED 5 LED具有1.1~1.6V的反向偏置導通電壓，可以提供極性反接保護。

　　當一個裝有PLED 5的LED燈串被反向通上電源時，所有保護器都會開始導通，將這些被保護的LED上的電流分流以保護LED不受傷害。在反向電極糾正之後，保護器會關閉，LED持續正常工作。

　　LED斷路保護器評估原則

　　在選擇合適的LED斷路保護器前，須做以下評估：

　　LED保護方案需求為何

　　在LED保護元件中，以Littelfuse PLED 9系列到18系列為例