高亮度LED照明系統可靠性设计参考

随着照明技术从极为耗电的白炽灯转到冷阴极灯管（CCFL），再发展到现在的发光二极体（LED）灯，可以很清楚地看到在最终用户愿意为更绿色的照明支付更高的成本的同时，他们也有一个内在的期望，即寿命更长和更高的可靠性才将是他们投资的净效益。

在满足这些期望的同时，LED设计工程师们必须考虑到影响他们产品效能和寿命的各种不同的变化因素。从电源管理到功率密度、再到过压和过温保护，LED技术的独特性带来了较陈旧的技术不相干的各种新挑战。

凭藉改善的晶片设计和材料，LED技术已经快速发展，促使其向更亮、更高效节能、寿命更持久的光源快速发展，并能够应用在更广泛的範围。儘管技术日益普及，但仍然有一个事实，即过多的热量和不恰当的应用会显着影响LED寿命和效能。

高亮度LED（HB LED）是节能的、高价效比的设备，能够确保下一代的照明解决方案。从建筑照明到汽车照明到各种显示装置的背光、和新型消费性电子（如照相手机中的闪光灯），HB LED照明的应用持续成长。

HB LED照明系统中的过流情况

LED光输出随晶片类型、封装、每个晶圆批次的效率和其他变数而变化。LED製造商使用如高亮度这样的术语来形容LED的密度。HB LED驱动器可由线性或者交换式电源供电。当电源电压略微大于负载电压时，线性驱动器是最合适的，电阻会用于限制其电流。交换式电源亦会经常使用，因为它们更高效。

通常，电流感应电阻为电流调节控制器提供了回馈，以监控供应予HB LED的电流。另一个可选的解决方案就是使用聚合物正温度係数（PPTC）元件来限制流过LED的电流。

如图1所示，一个PPTC元件是一个电路中的一系列要素之一。通常PPTC元件的电阻小于电路的其余部分，很少或者不会对正常的电路效能造成影响。然而，一旦过流的情况发生，该元件会增加电阻（跳闸），并且将电路中的电流降低到一个任何电路单元都能够安全承载的电流值。这种变化由I2R发热塬理带来的元件温度迅速升高的引起。

图1：用于HB LED照明的电流保护设计。

元件会一直保持其跳闸或者闭锁状态直到故障排除。一旦连接到电路的电源重新闭合后，PPTC元件会復位并允许电流重新开始流动，使电路恢復正常工作。当PPTC元件不能够阻止故障的发生时，它们会迅速作出反应，将电流限制到安全的等级以防止对下游元件随之而来的损坏。此外，它们的小型化外形使得它们易于在空间受限的应用中使用。

与传统照明不同，由于HB LED极具热敏感，其热管理是一个重要的设计考虑因素。为了提高可靠性与工作寿命， PN接面不能允许导通温度的提高。由于PPTC元件採用的是热启动，因此元件周围温度的任何变化都会影响其效能。随着元件周围的温度增加，更少的能量就要求元件跳闸，因此其能够使钳住电流值并使其降低。