JDTFUSE在大功率LED照明的應(yīng)用
2017-05-12 09:42:10
lipscall
大功率LED照明解決方案的開(kāi)發(fā)廠家目前遇到的最大設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)是散熱設(shè)計(jì)和過(guò)熱保護(hù)，他們必須攻克LED光源對(duì)熱敏感性強(qiáng)的難題，因?yàn)闊崃窟^(guò)多或應(yīng)用不當(dāng)都會(huì)使LED光源的性能大打折扣。
理論和實(shí)踐都已經(jīng)證明，LED的性能和壽命與LED的PN結(jié)工作溫度緊密相關(guān)。當(dāng)LED芯片內(nèi)結(jié)溫升高10℃時(shí)，光通量就會(huì)衰減1%，LED的壽命就減少50%，過(guò)流、過(guò)壓和過(guò)熱都會(huì)顯著地減少LED的發(fā)光性能和使用壽命。因此除了良好的散熱設(shè)計(jì)，安全可靠的過(guò)熱保護(hù)也是必須考慮的。
通常對(duì)LED而言，約20%輸入功率轉(zhuǎn)換為光，80%則轉(zhuǎn)換為熱。這取決于多種因素，發(fā)熱可能與底層不規(guī)則以及聲子發(fā)射、密封、材料等有關(guān)。在LED產(chǎn)生的總熱量中，有90%通過(guò)傳導(dǎo)傳輸。(相關(guān)閱讀：集電通自恢復(fù)保險(xiǎn)絲在太陽(yáng)能殺蟲(chóng)燈中的應(yīng)用)
為耗散來(lái)自LED結(jié)的熱量，傳導(dǎo)是導(dǎo)熱的主要通道，因?yàn)閷?duì)流和輻射僅占全部熱傳輸?shù)募s10%。顯然，LED光源需要精確的功率和熱管理系統(tǒng)，因?yàn)榕c其他光源相比，提供給LED的電能大部分轉(zhuǎn)換為熱量。
如果沒(méi)有適當(dāng)?shù)臒峁芾?，這種熱量會(huì)影響LED壽命和色彩輸出。同時(shí)，由于LED驅(qū)動(dòng)裝置屬于硅器件，它們很快就會(huì)失效。這說(shuō)明必須要配備故障安全備用過(guò)流保護(hù)裝置。
那么，為什么說(shuō)成功的大功率LED照明設(shè)計(jì)離不開(kāi)JDTFUSE呢？很多人覺(jué)得LED驅(qū)動(dòng)器本身就能提供過(guò)流保護(hù)和過(guò)熱保護(hù)功能，沒(méi)必要再在外部添加一個(gè)JDTFUSE自恢復(fù)保險(xiǎn)絲器件，因?yàn)檫@會(huì)增加額外的成本。但這是錯(cuò)誤的觀點(diǎn)，許多LED驅(qū)動(dòng)器很容易因直流電壓和極性錯(cuò)誤而受損。
LED驅(qū)動(dòng)器的輸出也會(huì)因短路而受損或損壞。盡管多數(shù)LED驅(qū)動(dòng)器含有內(nèi)置安全功能，包括熱關(guān)機(jī)以及LED開(kāi)路和短路檢測(cè)。但是，要保護(hù)集成電路(IC)和其他敏感電子元件，可能需要額外的過(guò)流保護(hù)器件。因此，只有JDTFUSE才是防止大功率LED過(guò)熱損壞的最合適解決方案。
為了說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題，我們首先來(lái)看一下典型的LED驅(qū)動(dòng)器能提供什么保護(hù)功能。大多數(shù)大功率LED恒流驅(qū)動(dòng)器能提供的典型保護(hù)特性包括：熱關(guān)斷保護(hù)、過(guò)壓/過(guò)流比較器、大電流MOSFET、電流大小調(diào)節(jié)、某一級(jí)別的ESD保護(hù)。
但是，其熱關(guān)斷特性只是一個(gè)自保功能，很難應(yīng)用到LED過(guò)熱設(shè)計(jì)保護(hù)中。其過(guò)壓/過(guò)流保護(hù)特性需要外部過(guò)壓保護(hù)電路，關(guān)斷電源可能會(huì)引起其他問(wèn)題。大電流MOSFET的故障模式通常是短路，這是潛在的不安全因素。實(shí)現(xiàn)LED調(diào)光用的電流調(diào)節(jié)特性可能引起LED過(guò)溫問(wèn)題。(推薦閱讀：自恢復(fù)保險(xiǎn)絲PTC在酒店行業(yè)的應(yīng)用特點(diǎn))
但JDTFUSE保護(hù)大功率LED的理念是不同的，它有以下4個(gè)獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)：
1、JDTFUSE的典型故障模式是高阻抗，因此即使在故障狀態(tài)，LED也是安全的。
2、JDTFUSE可以直接測(cè)量LED的溫度，因此可以貼身保護(hù)。
3、JDTFUSE可以實(shí)現(xiàn)過(guò)溫、過(guò)流和過(guò)壓保護(hù)功能。使用非常簡(jiǎn)單，不需要外部電路。LED即使在保護(hù)狀態(tài)下也可以正常工作。
4、允許設(shè)計(jì)師以更低成本實(shí)現(xiàn)調(diào)光設(shè)計(jì)，而不用擔(dān)心安全問(wèn)題。因此只需要在LED驅(qū)動(dòng)器外面配一個(gè)JDTFUSE器件就可以實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)的安全性、滿足最嚴(yán)格的安全標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)現(xiàn)降成本。
JDTFUSE器件在LED照明中發(fā)揮更快保護(hù)速度：
雖然很多驅(qū)動(dòng)器件也逐漸集成了過(guò)流、過(guò)壓等保護(hù)功能，但在許多場(chǎng)合，特別是過(guò)熱保護(hù)方面，仍然需要分立元器件方案。JDTFUSE材料的特性與應(yīng)用研究，將其用于電路保護(hù)中的熱敏電阻。時(shí)至今日，在LED照明得到越來(lái)越廣泛應(yīng)用的背景下，JDTFUSE將在LED技術(shù)中再次大顯身手。
JDTFUSE全稱聚合物正溫度系數(shù)器件(Polymer Positive Temperature Coefficients)也可稱之為高分子聚合開(kāi)關(guān)，它的工作情況類似一個(gè)開(kāi)關(guān)，故障出現(xiàn)時(shí)，JDTFUSE變熱、電阻增加，從而保護(hù)設(shè)備不受損壞；故障排除后，JDTFUSE復(fù)位，回到地電阻狀態(tài)。(相關(guān)閱讀：可恢復(fù)保險(xiǎn)絲應(yīng)用于電機(jī)失速保護(hù))
不嚴(yán)格地說(shuō)，JDTFUSE是自恢復(fù)的保險(xiǎn)絲。聽(tīng)上去和保險(xiǎn)絲差不多？他們的區(qū)別在于，保險(xiǎn)絲斷開(kāi)后，電路中幾乎沒(méi)有電流，而JDTFUSE動(dòng)作后，電路中有一個(gè)較小的保持電流，電流大小由JDTFUSE的典型功耗所決定。
對(duì)于LED照明應(yīng)用來(lái)說(shuō)，過(guò)壓的威脅來(lái)自多方面，如電壓波動(dòng)、瞬間開(kāi)關(guān)噪聲以及感應(yīng)雷擊和地電位反沖，過(guò)壓可能造成過(guò)熱、PN結(jié)損傷、反向擊穿甚至燒毀的后果。
過(guò)流也會(huì)帶來(lái)一系列問(wèn)題。大電流不代表高亮度，有時(shí)候工作電流的減小，帶來(lái)的是性能和壽命的增加。
熱效應(yīng)也是LED照明無(wú)法回避的問(wèn)題，當(dāng)LED芯片內(nèi)結(jié)溫升高10攝氏度時(shí)，光通量就會(huì)衰減1%，LED壽命就要減少50%，除了散熱設(shè)計(jì)，過(guò)熱保護(hù)也是必須加以考慮的因素。(推薦閱讀：JDTFUSE在鋰離子電池及其管理電路的保護(hù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì))
對(duì)于JDTFUSE器件來(lái)說(shuō)，它的失效模式是高阻，安全性好；它能夠直接測(cè)量LED的溫度，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)保護(hù)。JDTFUSE能實(shí)現(xiàn)過(guò)熱、過(guò)流甚至過(guò)壓保護(hù)，無(wú)需外部電路，使用方便。即使在保護(hù)狀態(tài)下，LED燈也不是全部熄滅的，對(duì)工程師來(lái)說(shuō)，也能更安全地實(shí)現(xiàn)電流調(diào)光的設(shè)計(jì)。
集電通電子電路保護(hù)專家指出，JDTFUSE工作時(shí)本身是熱的，加上貼近的LED熱量，保護(hù)速度相對(duì)更快，另外JDTFUSE產(chǎn)品的封裝形式也較多，能根據(jù)客戶要求定制封裝，因此靈活性很強(qiáng)。但JDTFUSE并非標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，集電通會(huì)和客戶一起，根據(jù)系統(tǒng)的不同情況研究實(shí)施和布局的策略。