协调的电路保护帮助AC LED照明系统设计符合安全和性能标准

　　近年来发光二极管（led）技术在价格、性能和制造工艺等方面都给人留下了深刻的印象，可优化LED操作的进一步改善有望推动LED照明市场的指数级增长。其中最新的商业进展之一是一系列高压LED产品（交流LED，AC LED），它们不需要一个从交流到直流（AC-DC）的转换器即可直接用交流电源电压操作。在本文中描述的AC LED照明系统是：采用首尔半导体有限公司（Seoul Semiconductor）Acriche产品之一，它可提供高的整体系统可靠性；但是正如在任何LED照明的应用中一样，在由瞬态事件所引起的过热进行保护是一项重要设计考量因素。本文讨论了电路保护策略，它们将能够预防过热，同时还提供了在一个典型电路中的测量结果。

　　简介

　　正如运行在交流电源电压上的任何电子系统一样，没有足够保护的AC LED照明系统可能会被雷电浪涌或者振荡波损坏。金属氧化物压敏电阻（MOV）常常被用做保护AC LED照明系统免受雷电浪涌和环路波的损坏，并帮助制造商满足安全和性能的标准。依据IEC 61000-4-5的闪电测试和依据IEEE C.62.41的振荡波耐受测试可在实验室中模拟这些对生命的实际威胁。

　　一款AC LED和一款DC LED一样，都是一种在电流通过LED芯片时可以将电能转换为光的半导体器件，结点过热将会同时大大减少光输出和缩短LED的寿命。在引入适当的热管理和电路保护设计策略后，AC LED技术提供几个优于传统照明的优点：包括紧凑的尺寸、减少的元器件数量、节能和降低系统成本。

　　TE电路保护部的PolySwitch聚合物正温度系数(PPTC)器件可以提供过流和过温保护，并且可以很容易地集成在AC LED的电路板上。

　　过流和热失控的设计要素

　　LED发光二极管具有负温度系数的特性，LED的正向导通电压（Vf）随着温度的升高而降低。在采用恒压电源供电的情况下，温度的增加将带来正向导通电压的略微降低和增加数额相对较大的电流。它导致了功耗的净增加和温度的升高。对于一个给定的热路径，热传递可能不能够维持增加的功耗。

　　在极端情况下，其结果就是热失控，并且可能在电流或者功率没有被限制在额定等级内时损坏AC LED。在特定的额定电流范围内，LED灯的光输出和通过的电流呈大致的线性关系。如果电流超过制造商所建议的电流值，LED灯可以变得更亮，但是光输出的能力会以更快的速度降低，并缩短其使用寿命。

　　应该尽一切努力去保持LED散热以实现最大效率，LED通常联接一个散热片以尽量使结点温度最低。限制通过AC LED的电流或者功率可以预防热失控，并且有一个额外的好处就是可以在宽广的温度范围内提供更好的亮度调节以及延长使用寿命。

　　AN3211是首尔半导体公司的一款AC LED产品，它包括一个AN3200 LED 和一组用于依据其正向电压来设置其工作电流的电阻。AN3200的内部结构由两组极性相反的二极管并联组成。如图1所示，随着正半周期内交流电源电压的增加，内部LED串中的一串导通并发光；在负半周期内，其他的灯串导通并发光。

　　图1、典型的AC LED原理图

　　图2为首尔半导体公司的AC LED AN3211的测试装置，其中一个金属氧化物压敏电阻（MOV）和一个PolySwitch miniSMDC014F器件集成在AC LED照明系统板上，表1显示了测试参数和结果。

　　表1、首尔半导体公司的AC LED AN3211和PolySwitch miniSMDC014F器件共同使用时的测试结果

　　过压保护设计要素

　　AC LED已经越来越多地用于室内外的通用照明（GPI）系统应用。因为交流电为其直接供电，闪电可能会引起交流线路的瞬间过压。没有强大的、可靠的电路保护，雷电浪涌或者振荡波可能会损坏AC LED。由于电压的变化可以产生不成比例的电流变化并影响光输出，在这些交流线路电压的波动中AC LED必须受到保护。

　　PolySwitch器件有助于在出现稳态过载电流的操作时限制流过LED的电流，并在电压出现波动实现保护。MOV常常在交流线路电压应用中用于抑制瞬态过压和预防瞬态过压带来的损坏。

　　图3和4显示了首尔半导体公司AC LED AN3211器件和7mm 200V MOV共同使用时的测试结果。结果表明：MOV解决了雷电和振荡波问题；同时，在雷电浪涌和振荡波耐受测试中光输出是非常稳定的。这种方法有助于设备在特定的雷电浪涌测试（IEC 61000-4-5）和振荡波冲击测试后（IEEEC.62.41）能够保持正常运作。

　　结论

　　尽管AC LED照明系统提供卓越的可靠性和设计优点，但它们仍然需要强大的过流、过温和过压的保护以满足各种安全和性能的标准。采用PolySwitch的过流/过温保护器件与一个MOV器件配对可以降低设计风险，并提供了一个完全可复位和协调的电路保护解决方案。首尔半导体开发的新产品包含了TE电路保护部提供的过流、过压和过热保护的AC 2PRO™器件。这种混合器件在一个热保护器件中结合了一个PPTC元件与一个MOV，并为设计师提供了单个器件集成化保护所带来的设计灵活性和方便性。以后的文章将介绍AC 2Pro器件是如何与各种最新的AC LED一起工作的。

　　关于作者

　　Barry Brents是TE电路保护部的现场应用工程师。他是IEEE会员，在美国德州理工大学（Texas Tech University）获得电机工程学士学位， 自1991年以来一直就职于通信和电力行业。

　　David Neal是首尔半导体有限公司应用经理。他是IEEE、IES和ANSI的会员，在马萨诸塞州大学达特茅斯分校（University of Massachusetts Dartmouth）获得电机工程学士学位，并活跃在固态照明行业中超过五年。

　　Matt Williams是TE电路保护部全球应用工程经理，负责内部和OEM客户的应用支持。他是IEEE会员，在凤凰理工学院（Phoenix Institute of Technology）获得电气工程和电子通讯两个理学学位。

　　2 Pro、PolySwitch、 TE Connectivity和 TE connectivity (标识)都是商标。