小功率LED驱动器中的电路保护

关键词： LED , 驱动器 , 电路保护

■ TE Connectivity电路保护部应用工程经理 董涌

引言

随着全球范围能源的紧缺，以及对环境保护的日渐重视，各个国家都提出了节能环保的目标，绿色照明已经成为各个国家的共识。2012年，日本政府将全面禁用白炽灯，中国***地区也宣布，截至2012年底全面禁用高能耗的白炽灯泡。美国也将会从2012年开始，禁售大多数白炽灯泡，并开始逐步淘汰40W、60W及以上功率的白炽灯泡。由于LED照明具有高节能以及绿色环保等显著优点，而且LED灯的寿命可以长达10万小时，所以对于照明领域，LED照明已经成为不可逆转的趋势。针对LED灯的超长寿命，驱动电路的可靠性也日渐重要，本文介绍选择正确保险丝的一般流程，并通过实例探讨小功率LED驱动器中的电路保护问题。

选择正确保险丝的一般流程

保险丝在电路中主要有三项基本功能，即保护功能，承载功能和安全功能。

通常选择保险丝需要注意以下十大要素：

1.额定电流；

2.额定电压；

3.工作温度；

4.电压降 / 冷电阻；

5.熔断特性: 时间-电流特性和过载能力；

6.分断能力；

7.熔化热能值；

8.耐久性（寿命）；

9.结构特征：外形/ 尺寸和安装形式；

10.安规认证

概括来讲选择正确的保险丝应当具备适当的熔断特性和额定电流；足够而合理的抗浪涌能力；合适的分断能力、额定电压和安全认证，同时还要协调好保护性能和耐浪涌能力之间的关系。

保险丝从熔断性能可分为快熔断型和慢熔断型两种，快熔断型保险丝通常适用于没有或很小浪涌的阻性电路或敏感器件的保护，慢熔断型保险丝则通常适用于开关电源或者热插拔时有浪涌电流的容性或感性电路。TE Connectivity 2410SFV系列保险丝则是抗浪涌能力较大的中空型表面贴装保险丝，它可应用在高电压有较大浪涌脉冲的电路保护中。

目前工程师在选择保险丝时，都会选择抗浪涌能力大的，即I2t值大的保险丝，其实这是个误区，选择正确的保险丝不是电流值越大越好，也不是I2t值越大越好，并不能简单根据慢断还是快断保险丝来选择，而是根据实际的I2t来选择合适自己应用的保险丝。

图1为选择正确保险丝的一般流程图。图2为计算浪涌电流I2t值常见的波形和公式。

2012-10-12 12:42:24 上传

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图1 保险丝选择流程图

由此可见，选择保险丝不仅要考虑电流折减和最高工作环境温度，而且还必须需要考虑接通电源所造成的电流浪涌，然后在稳态电流计算值和瞬态电流计算值之间取较大者。

2012-10-12 12:42:23 上传

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图2 浪涌电流I2t值常见波形和公式

小功率LED照明中保险丝选择实例

虽然现在LED的寿命可以长达10万小时，但是LED的高结温会很大程度影响LED寿命，在LED照明设计中，LED目前的转换效率仍为两成左右，即有高达八成的电能会转换成热能。LED的温度对光通量与波长都会有一定的影响，但更重要的是温度对LED本身寿命的影响，LED温度越高其寿命会越短。因此散热问题仍旧是LED照明面临的一项重要挑战。

目前各大厂家采用的解决方案是用铝基板来为LED散热，因为铝的导热系数很高，可以有效将内部热量导出。通常，在设计散热器时，散热片表面积越大，散热性能越好。在散热器尺寸有限的情况下，加大散热器沟道深度是增加表面积的有效方法。但伴随散热器沟道深度的增加，LED电源驱动板的内部安装空间会相应减少。这将驱使LED球泡灯的电源驱动板朝小型化方向发展，这就要求元器件都能小型化，最好能采用贴片封装的器件。

在TE Connectivity 2410SFV系列保险丝问世之前，在LED驱动电路电源输入端的保险丝主要采用玻璃管保险丝、小黑豆保险丝或者Micro型保险丝，他们的共同特性都是插件形状，占用PCB空间大，用玻璃管保险丝有时还需要加配热缩套管，这样装配成本就会大大增加。但是在TE Connectivity 2410SFV系列保险丝问世之后，如果在电源输入端采用贴片型高压保险丝, 就可以显著减少驱动电路PCB空间。通过试验证明，在相同的LED驱动电路板上，相比传统的玻璃管保险丝或者小黑豆保险丝，采用TE Connectivity 2410SFV保险丝会节省最高达80%的空间。通常LED驱动电路板都会做成单面PCB，但是同时会用到插件和表贴的器件，所以有时候LED照明厂家也会用波峰焊来完成所有的焊接，这样保险丝就要承受高温而不能脱落端帽，由于TE Connectivity 2410SFV系列保险丝是采用FR4 PCB玻璃纤维强化环氧树脂为基体的特殊工艺, 以PCB上的铜箔为端子架构, 再经电镀处理来完成整个流程，这样有效避免了端子头脱落的风险。因此TE Connectivity 2410SFV系列保险丝满足LED照明小型化的要求，而且通过UL安规认证，也满足LED的特殊工艺要求。

图3是一典型的LED驱动电路图，采用Flyback电路结构。图中F1是用于过流保护的保险丝，R1是用于抑制浪涌电流的NTC，NTC的参数可以按照具体应用来确定，C5是用于交流转成直流以及储能的电解电容。浪涌电流的大小受图3中电解电容值的大小、材质，以及是否采用PFC方案来决定。通常，电解电容的容值越大，浪涌电流也会越大，电解电容的材质越差，浪涌电流就会越大，如果LED驱动方案采用PFC方案（包括有源和无源PFC），浪涌电流值就会相应减小，反之亦然。

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