自恢复保险丝在LED产品中的使用电路

自恢复保险丝在LED产品中的运用电路

一、刚刚开端起步本钱高

照明本钱不只触及灯具的初始本钱，还触及灯具所耗费的动力本钱，灯具无法正常作业时替换灯具所需的劳作本钱，以及所需灯具替换的均匀频率。从这一概念动身就很简略了解，为什么LED光源是白炽灯火源价格的50倍左右时，LED交通信号灯的商场就开端发动，而当到达28倍时，就已构成新兴产业。现在半导体照明首要以光色照明和特别照明为主，往后将向一般照明扩展。详细来讲，近几年内，半导体照明商场将广泛运用在各种信号灯、景象照明、橱窗照明、修建照明、广场和大街的美化、家庭装饰照明、公共娱乐场所美化和舞台效果照明等范畴。事实上，咱们身边现已随处可见它的身影：电脑显现灯、手机按键和屏幕的背光源、轿车尾灯、修建物灯火、交通信号灯……等等。 二、不一致性带来的问题：

理论上LED都相同，都是能发光的二极管，而实践上一切LED的电功用都是有差异的，许多的厂家都在抢出产进展、抓数量；每个厂家的出产工艺是不一致的，甚至相差很大，便是同一厂家的不一起刻的工艺都是有差异的；出产发光二极管的半导体材料的纯度要求十分高，不同厂家运用的半导体原材料的纯度是有差异的，这就使LED的发光强度与驱动电流是不彻底相同的，或许相差很大，并且耐过电流才能和发热的差异也就自但是然的不同了；因为封装工艺和封装材料的不同，使得全体的散热才能是不相同的，一切的厂家都在研讨和开发新材料，以求处理组合材料的热彭胀与散热的问题。由此不难看出,LED发光二极管在短期内仍存在个别之间的很大的差异，假如每个灯只用一个LED，那是很好操控的，并且是真实的长寿数，例如电视机、DVD上的电源指示灯便是如此；而当咱们用LED制造照明灯具时，就不是用单个的LED，而是用多个，或上百上千个LED排成阵列接入电路，再者，需求的亮度就不是指示灯所能做到的，而电流大了、小了亮度都要削弱，且会使寿数大打折扣，甚而致于未出厂就坏掉了；因LED的差异性总是存在的，在多个LED组成的连路中，当有几个坏掉时(一般是短路)，会使电流增大而损坏其他的LED。这便是不一致性带的成果，也是约束其开展的要素之一。

a.在电压匹配方面，LED不象一般的白炽灯泡，能够直接衔接220V的沟通市电。LED是2–3.伏的低电压驱动，必需求规划杂乱的改换电路，不同用处的LED灯，要装备不同的电源适配器。

b.在电流供给方面，LED的正常作业电流在15mA-18mA，供电电流小于15mA时LED的发光强度不行，而大于20mA时，发光了强度也会削弱，一起发热大增，老化加快、寿数缩短，当逾越40mA时会很快损坏。为了延伸LED照明灯的运用寿数，简易电源是不能运用的，而常用集成电路电源、电子变压器、别离元件电源等，但都要规划恒流源电路和恒压源电路供电的办法，大电流驱动时，要配大功率管或可控硅器材，另加维护电路，这样就使LED的电源供给器电路很杂乱，毛病率添加。元件本钱、出产本钱、服务本钱都将升高。而现在LED自身的本钱就高，加上电源的本钱，这就大大地约束了商场的竞争力与购买集体，LED照明灯的优势大打折扣，这也是约束其开展与遍及的又一关键问题。 四、处理问题的办法与可行性剖析：

处理问题的办法可用自复位过流维护器WHPTC元件

假如用WHPTC过流维护器作维护，将是别的一种成果，从原理可知，当电路的电流逾越规定值时会讯速的主动维护，在排除毛病后又主动复位，无需人工替换。对LED而言，电压的改动不是LED损坏的直接原因，而电流的增大才是LED的真实杀手。清楚明晰，运用WHPTC的这个特性，在LED的电路维护上具有肯定的优势，让简易电源供电变为实践。实践证明，在LED电路呈现毛病曾经就有用维护了。在简易电源上，这个优势特别杰出。对如下3图剖析可见，因有了WHPTC后可省去恒流、恒压电路， LED的质量也进步了。器材本钱、出产本钱、毛病率、服务本钱等，都大大下降。也大大添加了产品的商场竞争力。所以谁先运用WHPTC，谁先占领商场。

运用WHPTC前后的拓扑结构比较图

浅谈LED产品老化 咱们在运用LED时经常会呈现这样种问题，LED焊在产品上刚开端的时分是正常作业的，但点亮一段时刻往后就会呈现暗光、闪烁、毛病、连续亮等现象，给产品带来严峻的危害。引起这种现象的原因大致有：

1．运用产品时，焊接制程有问题，例如焊接温度过高焊接时刻过长，没有做好防静电作业等，这些问题95％以上是封装进程形成。

2．LED自身质量或出产制程形成。 防备办法有：

1.做好焊接制程的操控。

2.对产品进行老化测验。

老化是电子产品牢靠性的重要保证，是产品出产的终究必不可少的一步。LED产品在老化后能够进步效能，并有助于后期运用的效能安稳。LED老化测验在产品质量操控是一个十分重要的环节，但在许多时分往往被忽视，无法进行正确有用的老化。LED老化测验是依据产品的毛病率曲线即浴盆曲线的特征而采纳的对策，以此来进步产品的牢靠性，但这种办法并不是必需的，究竟老化测验是以献身单颗LED产品的寿数为价值的。

LED老化办法包含恒流老化及恒压老化。恒流源是指电流在任何时刻都安稳不变的。有频率的问题，就不是恒流了。那是沟通或脉动电流。沟通或脉动电流源能够规划成有用值安稳不变，但这种电源无法称做「恒流源」。恒流老化是最契合LED电流作业特征，是最科学的LED老化办法；过电流冲击老化也是厂家最新选用的一种老化手法，经过运用频率可调，电流可调的恒流源进行此类老化，以期在短时刻内判别LED的质量预期寿数，并且可挑出许多惯例老化无法挑出的危险LED。 有用防止高温失灵-PTC热敏电阻用作LED限流器 近年来，发光二极管(简称LED)的开展已获得巨大进步：已从朴实用作指示灯开展为光输出达100流明以上的大功率LED。不久之后，LED照明的本钱将降至与传统冷阴极荧光灯(简称CCFL)相似的水平。这使得人们对LED的下述运用爱好日浓： 轿车照明灯、修建物表里的LED光源、以及笔记本电脑或电视机LCD屏的背光。 大功率LED技能的开展进步了规划阶段对散热的要求。就像一切其它半导体相同，LED不能过热，防止加快输出的削弱，或许导致最坏情况：彻底失效。与白炽灯比较，尽管大功率LED具有更高功率，可是输入功率中相当大的一部分仍变成热能而非光能。因而，牢靠的运作就需求杰出的散热，并要求在规划阶段就考虑高温环境。 　　规划LED驱动电路尺度时，也有必要考虑温度要素：有必要挑选其正向电流，以保证即便环境温度到达最高值，LED芯片也不会过热。跟着温度的升高，就需求经过下降最高容许电流，即下降额定值，来完成降温。LED制造商把降额曲线归入其产品规范中。有关此类曲线，参见图1。

图1 LED降频曲线

运用无温度依赖性的电源运转LED存在坏处：在高温区域内，LED则超出规范规模运转。此外，当处于低温区域时，照明源就由显着低于最大容许电流(参见图1赤色曲线)的电流供电。如图1的绿色曲线所示，经过LED驱动电路中的正温度系数热敏电阻(简称PTC热敏电阻)来操控LED电流是一个严重改进。这至少能够带来下列长处：

*在室温下添加正向电流，然后添加光输出

*因为能够削减LED运用量，所以能够运用价格较低的驱动集成电路(简称IC)甚至一个不带温度办理的驱动电路来节省本钱

*完成无需IC操控的驱动电路规划，此电路亦可使LED电流随温度改动

*能够运用较廉价减额值较高安全裕量较小的LED

*过热维护功用进步了牢靠性

*带散热片的热机械规划更为简略

大多数LED用驱动电路办法具有一个共同点：即流经LED的正向电流是经过固定电阻进行设置(参见图2)。一般说来，流经LED ILED的电流取决于Rout，即ILED ~ 1/Rout。因为Rout不随温度而变，因而LED电流也不受温度影响。

将固定电阻换成随温度改动的电路，即可完成对LED电流的温度办理。下列图表说明晰怎么运用PTC热敏电阻来改进规范电路。

示例1：有反应回路的恒流源

图2中电路1为常用的驱动电路。其恒流源包含一条反应回路。当调理电阻两头的反应电压到达因IC而异的VFB时，LED电流就不变了。LED电流因而被安稳在ILED=VFB/Rout。

图2 LED的传统驱动办法

图3所示为上一电路改进型：此电路借由PTC热敏电阻，生成随温度改动的LED电流。经过正确挑选PTC热敏电阻、Rseries以及Rparallel，此电路与专用驱动IC和LED组合相匹配。其间，LED电流可经由下列方程式核算得出：

图3所示电路说明晰LED电流(参见图3)的温度依赖性。与针对最高运转温度为60度的恒流源比较较，运用PTC热敏电阻后LED电流可在0度和40度之间进步达40%，并且LED亮度也能进步平等百分比。

图3 选用PTC热敏电阻的温度监测和电流降频

示例2：调理电阻与LED无串联的恒流源

图2所示电路2为另一常见的恒流源电路：电流经过衔接驱动IC的电阻得以确认。但是在这种情况下，调理电阻并未与LED串联。Rset和ILED之间的比率由IC规范清晰。因而，运用20KΩ的串联电阻和TLE4241G型驱动IC，终究发生的LED电流为30mA。图4所示为规范电路改进型，其间也含有一个PTC热敏电阻，尽管此处选用WHPTC热敏电阻。在感测温度，元件电阻可达4.7KΩ，且容许差错值为±5℃(规范系列)或±3℃(容许差错值准确系列)。

图4所示为随外界温度而改动的LED电流。固定电阻Rseries容许差错规模小，在低温时分配总电阻。只要在低于PTC热敏电阻的感测温度大约15 K时，因为PTC热敏电阻的阻值开端添加，电流才会开端下降。在感测温度(总电阻=Rseries+RPTC=19.5KΩ+4.7KΩ=24.2KΩ)时的电流大约为23mA。PTC电阻在温度更高时急剧上升，敏捷引发断路，然后防止因温度过高呈现毛病。

图4 无分流丈量之温度记载

示例3：无IC简略驱动电路

如图2所示电路3，LED也可在无驱动IC的情况下作业。图示电路是经过车用电池驱动单一200mA LED。稳压器生成5 V的安稳电源电压Vstab，以防止电源电压呈现动摇。LED在Vstab处运作，电流则经过与LED串联的电阻元件Rout决议。在这类电路中，经过下一则等式可算出独立于温度的正向电流，在此等式中，VDiode是一个LED的正向电压：

另一做法是将WHPTC的径向引线式PTC热敏电阻以及两个固定电阻相组合后，代替上述固定电阻，如图所示。

因为LED电流的绝大部分流经PTC热敏电阻自身，因而需求挑选一个较大的径向引线式元件。PTC将因为流经电阻自身的电流而导致发热，因而会一向削减电流，不管环境温度为何(如图5所示)。并联两个或更多片式PTC热敏电阻会将电流分流，但此计划仍存在局限性。

图5 无需IC的温度补偿驱动电路

电流值首要是经过恰当挑选两个固定电阻来设置的。这两个电阻也在改进电路方面也起到重要效果，因为它们将发生的LED正向电流的允差坚持在较低水平。这在正常作业温度规模内特别重要，因为此刻PTC热敏电阻自身的阻值允差仍较高。第二个并联固定电阻也能保证PTC不会在极点高温情况下彻底封闭LED，因而，电流不会降至低于下列等式核算的所得值：

这项功用在例如轿车电子这样的运用中极其重要，因为安全要求不允许照明灯彻底封闭。

布景材料：LED的温度依赖性

像一切半导体相同，LED的最高容许结点温度不能逾越，防止导致过早老化或许彻底失效。假如结点温度要坚持在临界值以下，那么外界温度升高时，最高容许正向电流则有必要下降。不过，假如运用散热器，在特定的外界温度时正向电流能够添加。LED的光输出跟着芯片结点温度的升高而下降。上述情况首要发生在赤色和黄色LED，白色LED则与温度联系较小。光照功率和正向电流坚持同步添加，不过，安装在结层和环境之间的LED所具有的高热阻率能够下降甚至反转这种效果，这是因为跟着结点温度的上升，发射光会下降。

此外，当结点温度上升且LED正向电压与温度坚持同步添加时，发射光的主波长会以+0.1 nm / K的典型速率添加。 各种白光LED驱动电路特性评比 1996年，日亚化学的中村氏发现蓝光LED之后，白光LED就被视为照明光源最具开展潜力的组件，因而，有关白光LED功用的改进与商品化运用，当即成为各国研讨的焦点。现在,白光LED现已别离运用于公共场所的步道灯、轿车照明、交通号志、可携式电子产品、液晶显现器等范畴。因为白光LED还具有丰厚的三原色色温与高发光功率的特性，一般以为十分适用于液晶显现器的背光照明光源，因而，各厂商连续推出白光LED专用驱动电路与相关组件。鉴于此，本文就LED专用驱动电路的特性与往后的开展意向进行简略论述。 1 定电流驱动的理由

1.1 白光LED的光度以顺向电流规范

白光LED的顺向电压一般被规范成20mA时，最小为3.0V，最大为4.0V，也便是若单纯施加必定的顺向电压时，顺向电流会作大规模的改动。

图1是从A、B两家LED企业的产品中随机取三种白光LED样品进行顺向电压与顺向电流特性检测的成果。依据检测成果显现，若运用3.4V顺向电压驱动上述六种白光LED时，顺向电流会在10~44mA规模内大幅改变。表1为白光LED的电气与光学特性。

因为白光LED的光度与色度是以定电流办法量测的，所以，为获得预期的亮度与色度，一般是用定电流驱动。

表2为光学坐标的等级（rank）（IF=25mA，Ta=250C）。

1.2 防止顺向电流逾越容许电流值

为保证白光LED的牢靠性，基本上便是需求设法防止顺向电流逾越白光LED的肯定最大规划值（定格值）。

图2中，白光LED的定格最大顺向电流为30mA，跟着周围温度的上升，容许顺向电流则继续衰减，假如周围温度为50℃，一般顺向电流就不能逾越20mA。此外，运用定电压的驱动办法不易操控流入LED的电流值，因而就无法保持LED的牢靠性。

2 白光LED的驱动办法

图3是驱动白光LED常用的四种电源电路；图4是上述六种随机取样白光LED安稳后的ReguLaTIon精度特性。

图4的测验成果显现，ReguLator的负载特性呈现在白光LED的VF旮旯上，即图中的交叉点便是各白光LED的安稳动作点。

2.1 运用电压ReguLator的驱动办法

图3（a）的电路别离运用能够操控LED电流的电压ReguLator与BaLLast电阻，这种电路的长处是电压ReguLator品种丰厚，规划者能够挑选的自由度较大，并且与电压ReguLator、LED的接点只要一点；缺陷是BaLLast形成的电力丢失会导致功率恶化。此外，LED的顺向电流也无法获得精细操控。

图4（a）中能够看出，随机取样六个白光LED的顺向电流，从14.2mA到18.4mA散布规模十分广，因而，A厂商LED的（均匀值）顺向电流高达2.0mA。比较之下，图4（b）电路运用的ReguLator尽管有小型、低本钱的长处，缺陷是可能会无法满意功用与牢靠性的要求，也便是说本电路的实用性相对较弱。

2.2 运用定电流输出的电压ReguLator驱动办法

图3（b）的电路尽管能够使流入LED的一切电流安稳化，不过为了匹配（Matching）各LED的电气特性，电路中特别设置了一组BaLLast电阻。

图3（b）中的MAX1910归于定电流输出型的电压ReguLator，尽管本电路运用同厂商、同批号（Lot）的白光LED，获得了极佳的匹配性，不过，在运用不同厂商与批号的LED时，就会呈现很大的特性差异散布。本电流Regu-Lator运用相似图3（a）的办法操控驱动电流，不过它却能够使BaLLast电阻的消费电力下降一半左右。

图4（b）的测验成果显现，流入六个随机取样白光LED的电流，从15.4mA到19.6mA，改动规模十分大。因而，A厂商与B厂商两者的LED是以均匀17.5mA的电流驱动。此电路的缺陷是BaLLast电阻形成的电力丢失有残留之虞，并且又无法获得LED电流的匹配性；不过全体而言，本电路兼具动作特性与简洁性，所以具有相当程度的运用价值。

2.3 运用输出型的MuLTI　PuLL电流Regu-Lator的驱动办法

图3（c）的电路能够使流入LED的电流各自安稳化，因而不需求运用BaLLast电阻，电流的精度与匹配性ReguLator则由各自的电流ReguLator分配。

图3（c）中的MAX1570　IC能够使上述电流ReguLaTIon达到2％规范的电流精度，与0.3％规范的电流匹配性等方针。

由MAX1570　IC构成的电流ReguLator为低Drop　Out　Type，因而它的动作功率十分高。图4（c）的测验成果显现，运用图3（c）的驱动电路时，流入六个随机取样白光LED安稳化的电流为17.5mA。

尽管ReguLator与LED之间需求四个衔接端子，不过此电路不需求BaLLast电阻，所以能够有用按捺封装面积，因而十分合适运用在封装空间极为狭隘的小型液晶面板等范畴。

2.4 运用升压型电流ReguLator驱动的办法

图3（d）的电路是运用能够使电流安稳化的电感（Inductor），构成所谓的高功率Step　Up　Converter。本电路的最大特点是　Feed　Back　ThreshoLd电压，能够削减电流检测用电阻的电力丢失。此外，LED选用串联办法衔接，所以流入白光LED的电流即便是在各种要求下，都能够与LED彻底获得匹配。 　　有关电流的精度基本上取决于Regu-Lator的Feed　Back　ThreshoLd精度，因而不会遭到LED顺向电压的影响。

由MAX1848与MAX1561　IC构成的电流ReguLator的功率（PLED/PIN）别离是：三个LED＋MAX1848，87％；六个LED＋MAX-1561， 84％。

Step　Up　Converter的另一长处是Regu-Lator与LED之间需求两个衔接端子，并且LED的运用数量不会遭到Step　Up　Converter品种的影响，这意味着规划者会具有更大的挑选空间。因而，Step　Up　Converter广泛运用在各种尺度的液晶面板；电路的缺陷是电感外形高度、组件本钱偏高，有EMI辐射搅扰。

3　完毕语

以上介绍了白光LED常用的驱动电路，并经过试验办法深入探讨了各电路实践运转时的优缺陷和特性。因为LED结构的约束，因而会有波长与驱动电流精度不易操控等困扰，跟着白光LED背光模块运用需求的不断添加，怎么改进上述波长与电流精度问题，一起下降驱动电路的制造本钱，成为有必要战胜的问题。