《電子技術(shù)應(yīng)用》
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LED開路保護(hù)器設(shè)計(jì)[附詳圖]
摘要: 近年來,采用1~3W大功率LED做的燈具逐年增加,,其功率可從幾瓦到上百瓦。大功率LED燈具都采用LED串聯(lián)的結(jié)構(gòu),,用恒流供電。
Abstract:
Key words :

     近年來,采用1~3W大功率LED做的燈具逐年增加,其功率可從幾瓦到上百瓦,。大功率LED燈具都采用LED串聯(lián)的結(jié)構(gòu),用恒流供電,,其結(jié)構(gòu)如圖1所示,。一般1W LED的工作電流為250~350mA,3W LED的工作電流為600~700mA,,電流大的可達(dá)900~1000mA。

LED

圖1:LED驅(qū)動(dòng)電路

  這種串聯(lián)LED的燈具有一個(gè)缺點(diǎn),,如果串聯(lián)的LED中有一個(gè)LED開路,,則整個(gè)燈都不亮了。這對(duì)某些燈具(如警示燈,、礦燈,、應(yīng)急燈等)的應(yīng)用是十分危險(xiǎn)的。為了防止LED開路時(shí),,LED燈還能亮,,則采用LED開路保護(hù)器是十分有效的,它能保證燈具使用的安全性,。

  目前已開發(fā)出的1W LED開路保護(hù)器有兩種結(jié)構(gòu):齊納二極管型和晶閘管型(單向可控硅型),,如圖2所示。有的LED生產(chǎn)廠家直接將齊納二極管與LED封裝在一起,,即帶有開路保護(hù)的LED也已上市,。3W LED的工作電流一般取值700~1000mA,這種開路保護(hù)器由于電流較大在市上還少見,。

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圖2:兩種LED保護(hù)器件

  本文將介紹安森美公司在2009年1月推出的新器件NUD4700及SMD公司在2008推出的SMD602,,它們都是晶閘管型LED開路保護(hù)器。

     近年來,,采用1~3W大功率LED做的燈具逐年增加,,其功率可從幾瓦到上百瓦,。大功率LED燈具都采用LED串聯(lián)的結(jié)構(gòu),用恒流供電,,其結(jié)構(gòu)如圖1所示,。一般1W LED的工作電流為250~350mA,3W LED的工作電流為600~700mA,,電流大的可達(dá)900~1000mA,。

LED

圖1:LED驅(qū)動(dòng)電路

  這種串聯(lián)LED的燈具有一個(gè)缺點(diǎn),如果串聯(lián)的LED中有一個(gè)LED開路,,則整個(gè)燈都不亮了,。這對(duì)某些燈具(如警示燈、礦燈,、應(yīng)急燈等)的應(yīng)用是十分危險(xiǎn)的,。為了防止LED開路時(shí),LED燈還能亮,,則采用LED開路保護(hù)器是十分有效的,,它能保證燈具使用的安全性。

  目前已開發(fā)出的1W LED開路保護(hù)器有兩種結(jié)構(gòu):齊納二極管型和晶閘管型(單向可控硅型),,如圖2所示,。有的LED生產(chǎn)廠家直接將齊納二極管與LED封裝在一起,即帶有開路保護(hù)的LED也已上市,。3W LED的工作電流一般取值700~1000mA,,這種開路保護(hù)器由于電流較大在市上還少見。

LED

圖2:兩種LED保護(hù)器件

  本文將介紹安森美公司在2009年1月推出的新器件NUD4700及SMD公司在2008推出的SMD602,,它們都是晶閘管型LED開路保護(hù)器,。

  NUD4700的工作原理

  NUD4700是一種兩端器件,其外形如圖3所示,,A端為陽極,,C端為陰極。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2的下圖所示,,它由控制電路及單向晶閘管組成,。

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圖3:NUD4700外形

  NUD4700的典型應(yīng)用電路如圖4所示。這是一個(gè)交流供電,,往AC/DC轉(zhuǎn)換器輸出直流電壓,,再由NUD4701恒流LED驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)5個(gè)串聯(lián)的1W大功率LED的電路。NUD4700與LED并聯(lián)連接在一起,。在LED未開路時(shí),,由于LED的正向降壓VF小于晶閘管的“開啟”電壓V(BR),則NUD4700為“關(guān)閉狀態(tài)”,。在關(guān)閉狀態(tài)時(shí),,只有小于250μA的漏電電流經(jīng)過NUD4700,,相當(dāng)于NUD4700“開路”,不影響LED的工作,。若串聯(lián)的LED中有一個(gè)(如LED2)因損壞而開路了,,此時(shí)與LED2并聯(lián)的NUD4700的A、C之間電壓超過了:“啟動(dòng)”電壓V(BR)(5.5~7.5V),,NUD4700啟動(dòng),,由關(guān)閉狀態(tài)轉(zhuǎn)為“導(dǎo)通狀態(tài)”。在導(dǎo)通狀態(tài)時(shí),,:A,、C之間導(dǎo)通電壓VT為1.0~1.2V。此時(shí),,LED的電流由LED1流經(jīng)NUD4700的A,、C,再流入LED3,,如圖5所示,。5個(gè)LED的燈僅有4個(gè)LED工作,其亮度稍差一些,,但仍可以正常工作,,并且不影響其恒流的大小。

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圖4:NUD4700應(yīng)用電路

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圖5:NUD4700工作原理

  從上面的分析可知:在LED正常時(shí),,器件不起作用(相當(dāng)開路),;在LED損壞開路時(shí),它起作用(相當(dāng)通路),,使LED的電路能形成通路而工作,。

        NUD4700的主要參數(shù)

  NUD4700的主要參數(shù):峰值重復(fù)關(guān)閉狀態(tài)時(shí)電壓為-0.3~+10V,;關(guān)閉狀態(tài)時(shí)的漏電流ILEAK為100~250μA,;啟動(dòng)電壓(也稱為“擊穿電壓”Breakdown:Voltage)V(BR)為5.5~7.5V;保持電流IH為6~12mA,;閉鎖電流(latching:Current)IL為35~70mA,;導(dǎo)通狀態(tài)電壓VT為1~1.2V;導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)的平均電流IT(AVG)為0.376~1.3A(電流大小與焊盤面積有關(guān):在焊盤面積為25.4mm×25.4mm時(shí),,散熱條件好,,IT可達(dá)1.3A);該器件為貼片式2mm×2.1mm封裝(高度為1mm),;工作溫度范圍為-40~+85℃,。

  典型工作波形

  NUD4700的典型工作波形如圖6所示。圖6中,,綠色是LED電流波形,,棕色是NUD4700關(guān)閉狀態(tài)轉(zhuǎn)換到導(dǎo)通狀態(tài)的波形,。橢圓內(nèi)是LED開路瞬間波形,此時(shí),,LED電流IF經(jīng)一些波動(dòng)后恢復(fù)到原來電流,;與此同時(shí),NUD4700由關(guān)閉狀態(tài)轉(zhuǎn)換到導(dǎo)通狀態(tài),,其電壓由VF下降到1~1.2V,,其響應(yīng)時(shí)間是很快的(dv/dt最小值為250V/μs)。

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圖6:NUD4700工作波形圖

  SMD602的結(jié)構(gòu)與工作原理

  SMD602的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖7所示,,它的基本結(jié)構(gòu)與NUD4700相同,,但增加了一個(gè)反接的二極管,可在LED串極性接反時(shí)提供一個(gè)電流通路,,由于二極管的正向壓降為1.1~1.5V,,其可保護(hù)LED免受反壓擊穿(一般LED反壓擊穿電壓為5V)。

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圖7:SMD602內(nèi)部結(jié)構(gòu)

  SMD602的工作原理與NUD4700完全相同,。它的正極與LED的陽極連接,,負(fù)極與LED的陰極連接,如圖8所示,。在LED沒有開路時(shí),,SMD602都為關(guān)閉狀態(tài),其漏電流為100μA(典型值),。圖中橘黃色線為L(zhǎng)ED電流ILED,。

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圖8:SMD602工作在LED導(dǎo)通狀態(tài)下

  若在串聯(lián)的LED中有一個(gè)開路,如圖9所示,,則與此并聯(lián)的SMD602的正,、負(fù)極之間電壓大于其開啟電壓4.65~5.25V,此器件由關(guān)閉狀態(tài)轉(zhuǎn)換為導(dǎo)通狀態(tài),,降壓為1~1.2V,。LED電流經(jīng)SMD602內(nèi)部的晶閘管后流到下一個(gè)LED,保證其他未開路的LED正常工作,。圖中用紅線X表示此LED開路,。

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圖9:SMD602工作在LED開路狀態(tài)下

  若LED串與驅(qū)動(dòng)器連接時(shí)極性接反,則有可能LED受反壓過大而損壞,。由于SMD602內(nèi)部有反接二極管,,在LED串極性接反時(shí),其內(nèi)部的二極管極性是正確的,,則LED的電流經(jīng)SMD內(nèi)部的二極管形成回路,,LED得到保護(hù),如圖10所示,?! ?/p>

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圖10:SMD602工作在LED反接狀態(tài)下

        SMD602主要參數(shù)與特性

  SMD602的主要參數(shù):輸入電壓VDC最大值為38V,;導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)最大電流IBP=500mA;反向電流IR最大值為500mA,;啟動(dòng)電壓V(BR)為4.65~5.25V,,導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)壓降VT為1~1.2V;在LED極性反接時(shí),,其壓差為1.1~1.5V,;在關(guān)閉狀態(tài)時(shí)漏電流為100~150μA;維持電流IH最大值為20mA,,工作溫度范圍-40~+85℃,。

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圖11:SMD602的特性

  SMD602有兩種封裝:2mm×2mm:FBP封裝及3引腳SOT-89封裝,其引腳排列如圖12所示,。

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圖12:SMD602的引腳排列

  結(jié)束語

  以上介紹的兩種LED開路保護(hù)器適用于1W大功率LED,,其ILED電流為350mA。它們可以與LED一起安裝在六角形的鋁基板上,。

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