【应用】基于Littelfuse PLEDxUSW系列LED保护器的LED失效解决方案
与白炽灯相比，LED具有出色的抵抗振动/冲击性能。他们可以通过减少电力消耗和减少更换和更新的频率来降低运营成本。通常具有35,000到50,000小时的寿命，且具有可靠的电气性能。高亮LED的出现为固态照明开辟了新的应用领域。除了家用照明，广告牌和零售场所的显示照明之外，LED现在通常用于从车灯到路灯，交通信号灯和机场跑道标记的应用中。
但是，使用LED设计也通常会具有一些潜在的缺陷。例如，由于电源问题和雷击造成的ESD和电气瞬态损坏，它们比传统灯具有更高的风险（在户外应用中更常见）；LED也容易受到温度循环和振动的影响，这两者都会损坏其内部的引线键合，导致性能下降并最终引发“开路故障”；过电流和过温条件会导致热失控型现象；更为严重的是，当LED开路时，电流停止在整个系统中流动，并且串联的所有LED都会变暗，对于广告牌应用来说，这仅仅会影响观感，但是对于车辆信号或前灯将会造成安全隐患。尤其是在交通信号灯或路灯应用的情况下，更换的成本将大大提高。
针对此类问题，本文介绍两种解决方案。首先是较为常见的复位保险丝解决方案，如图1所示，可以采用正温度系数的复位保险丝与“高危LED”串联，将复位保险丝靠近LED放置，它除了可以防止电气感应过流，还会因环境或电路条件过热而跳闸。它具有可复位性，快速跳闸时间，正常工作时的低电阻（因此功耗低）和小尺寸等优势。
图1 复位保险丝与LED串联示意图
除此之外，本文更推荐电路保护元件制造商LITTELFUSE提供的解决方案——PLEDxUSW系列LED保护器。它是专为高亮LED量身定制的元器件。使用时将它们与一个或多个LED并联连接（连接图示参考图3），如果LED失效，保护组件接通并传导电源电流，有效地绕过故障LED并允许由相同电源供电的其他LED保持点亮。同时，它还提供防雷和ESD事件的保护。这两种瞬态现象具有不同的特征：雷电浪涌具有以微秒为单位测量的上升时间，而ESD事件以纳秒为单位测量。设计人员需要评估LED在线的风险，并实施适当的保护程度。
图2 PLEDxUSW系列LED保护器实物图
在规格和选择方面，这些设备设计相对简单。在正常操作中，它们消耗的电流非常小，从而最大限度地降低了它们对稳态系统功耗的影响。然而，当施加到器件的电压达到某个阈值 - 转折电压时 - 保护器进入低电阻导通模式。只要电流通过仍然高于定义为“保持”电流的水平，它就会保持这种状态。如果电流在任何时候都低于该水平（例如，如果它正在保护的LED被更换或自我修复），则设备将关闭并恢复正常操作。
PLED系列LED保护器兼容单瓦，2瓦和3瓦LED，可在±15 kV气隙放电，±8 kV接触放电和±40 A，5/50ns的电快速瞬变下提供ESD保护。有效电流大约为几微安。Littelfuse
PLED系列是此类设备的典型产品。PLED保护器的击穿电压分别为6，9，13和18
V，使设计人员可以选择使用单个PLED器件保护多达四个LED（具体取决于成本限制和可靠性考虑因素）。
图3 Littelfuse PLED器件连接示意图
结论
高亮度LED的出现为设计师提供了广泛的机会。然而，就元件和电路保护而言，它们可能带来挑战。传统上可以通过诸如MOV或TVS类器件来处理ESD和其他浪涌类型现象，但是这些设备无法防止一串LED发生单一故障。相比之下Littelfuse提供的LED保护解决方案能够有效避免电源免受到开路条件的影响，同时更具成本效益。
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