將高功率白光LED作為新型綠色照明時,，將擁有諸如光轉(zhuǎn)換效率高、功耗低,，壽命長,，無需維護等優(yōu)點，因而逐漸被應(yīng)用于各種照明領(lǐng)域。LED的長使用壽命是基于其安全的工作環(huán)境,。對于LED照明來講,，主要有兩種威脅影響其壽命；一種是過電沖擊,，此處的過電沖擊就是LED上施加的電流超過該LED技術(shù)數(shù)據(jù)手冊中的最大額定電流,，包括過壓引起的過電流沖擊,；另一種則是過熱損傷,。這些損壞可以表現(xiàn)為組件的立即失效，也可能發(fā)生在過電沖擊事件后許久才失效,，縮短LED工作壽命,。
LED燈具損壞的原因
LED燈具失效一是來源于電源和驅(qū)動的失效，二是來源于LED組件本身的失效,。通常LED電源和驅(qū)動的損壞來自于輸入電源的過電沖擊(EOS)以及負載端的斷路故障,。輸入電源的過電沖擊往往會造成驅(qū)動電路中驅(qū)動芯片的損壞以及如電容等被動組件發(fā)生擊穿損壞；而負載端的短路故障則可能引起驅(qū)動電路的過電流驅(qū)動,，驅(qū)動電路可能發(fā)生短路損壞或有短路故障導(dǎo)致的過熱損壞,。
LED組件本身失效的情況
瞬態(tài)過電流事件
瞬態(tài)過電流事件，是指流過LED的電流超過該LED技術(shù)數(shù)據(jù)手冊中的最大額定電流,，這可能是由于大電流的直接產(chǎn)生,，也可能是因高電壓間接產(chǎn)生，如瞬態(tài)雷擊,，開關(guān)電源的瞬態(tài)開關(guān)噪聲,，電網(wǎng)波動等過壓事件引起的過流。這些事件都是瞬態(tài)的,，持續(xù)時間極短,，通常我們將其稱為尖峰，如“電流尖峰”,，“電壓尖峰”,。造成瞬態(tài)過流事件的情況還包括，LED接通電源或是帶電插拔時的瞬態(tài)過電流,。
對于在汽車中的LED照明,，ISO7637-2的瞬態(tài)拋負載突波沖擊，則是其正常工作的一個重要威脅,。
LED遭受過電沖擊后的失效模式并非固定,，但通常會導(dǎo)致焊接線損壞，如圖1所示,。這種損壞通常由極大的瞬態(tài)過電流引起,，除了導(dǎo)致焊接線燒斷外，還可能導(dǎo)致靠近焊接線的其他部分損壞，例如密封材料,。
將高功率白光LED作為新型綠色照明時,，將擁有諸如光轉(zhuǎn)換效率高、功耗低,，壽命長,，無需維護等優(yōu)點，因而逐漸被應(yīng)用于各種照明領(lǐng)域,。LED的長使用壽命是基于其安全的工作環(huán)境,。對于LED照明來講，主要有兩種威脅影響其壽命,；一種是過電沖擊,，此處的過電沖擊就是LED上施加的電流超過該LED技術(shù)數(shù)據(jù)手冊中的最大額定電流，包括過壓引起的過電流沖擊,；另一種則是過熱損傷,。這些損壞可以表現(xiàn)為組件的立即失效，也可能發(fā)生在過電沖擊事件后許久才失效,，縮短LED工作壽命,。
LED燈具損壞的原因
LED燈具失效一是來源于電源和驅(qū)動的失效，二是來源于LED組件本身的失效,。通常LED電源和驅(qū)動的損壞來自于輸入電源的過電沖擊(EOS)以及負載端的斷路故障,。輸入電源的過電沖擊往往會造成驅(qū)動電路中驅(qū)動芯片的損壞以及如電容等被動組件發(fā)生擊穿損壞；而負載端的短路故障則可能引起驅(qū)動電路的過電流驅(qū)動,，驅(qū)動電路可能發(fā)生短路損壞或有短路故障導(dǎo)致的過熱損壞,。
LED組件本身失效的情況
瞬態(tài)過電流事件
瞬態(tài)過電流事件，是指流過LED的電流超過該LED技術(shù)數(shù)據(jù)手冊中的最大額定電流,，這可能是由于大電流的直接產(chǎn)生,，也可能是因高電壓間接產(chǎn)生，如瞬態(tài)雷擊,，開關(guān)電源的瞬態(tài)開關(guān)噪聲,，電網(wǎng)波動等過壓事件引起的過流。這些事件都是瞬態(tài)的,，持續(xù)時間極短,，通常我們將其稱為尖峰，如“電流尖峰”,，“電壓尖峰”,。造成瞬態(tài)過流事件的情況還包括，LED接通電源或是帶電插拔時的瞬態(tài)過電流,。
對于在汽車中的LED照明,，ISO7637-2的瞬態(tài)拋負載突波沖擊,，則是其正常工作的一個重要威脅。
LED遭受過電沖擊后的失效模式并非固定,，但通常會導(dǎo)致焊接線損壞,，如圖1所示。這種損壞通常由極大的瞬態(tài)過電流引起,，除了導(dǎo)致焊接線燒斷外,，還可能導(dǎo)致靠近焊接線的其他部分損壞，例如密封材料,。
靜電放電事件
ESD損壞是目前高整合半導(dǎo)體組件制造,，運輸和應(yīng)用中最為常見的一種瞬態(tài)過壓危害，而LED照明系統(tǒng)則需要滿足IEC61000-4-2標準的“人體靜電放電模式”8KV接觸放電,，以防止系統(tǒng)在靜電放電時有可能導(dǎo)致的過電沖擊失效,。
LED PN結(jié)數(shù)組性能降低或損壞，如圖2所示,，ESD事件放電通路導(dǎo)致的LED芯片的內(nèi)部失效，這種失效可能只是局部功能損壞,，嚴重的也會導(dǎo)致LED的永久損壞,。
過熱損壞
對于接近80%能量轉(zhuǎn)化為熱量消散的LED照明設(shè)計來講，熱管理和故障過熱保護是其面臨的一個重要課題,，理論和實踐都已經(jīng)證明,，LED的性能和壽命是與LED的pn結(jié)工作溫度緊密相關(guān)的。當LED芯片內(nèi)結(jié)溫升高10℃時,，光通量就會衰減1%,，LED就減少壽命50％。
電源及驅(qū)動電路的防護
由于LED電源和驅(qū)動電路容易遭受過電沖擊和短路故障損壞,，因此在驅(qū)動電路設(shè)計中,，需要充分考慮各種故障狀態(tài)的保護措施，以提高電路的可靠性,，降低回修率（圖3）,。
PPTC在LED照明中的過流保護和過熱保護
雖然很多高端LED驅(qū)動組件逐漸整合了過電流、過溫等保護功能,，但在許多場合,，特別是過熱保護方面，仍然需要分立組件方案作為協(xié)同保護方案,，以使得燈具具有更高的可靠性和更長的壽命,。
PPTC就是指高分子聚合物正溫度熱敏電阻，是由聚合物與導(dǎo)電粒子等構(gòu)成,。在經(jīng)過特殊加工后,，導(dǎo)電粒子在聚合物中構(gòu)成鏈狀導(dǎo)電通路,。當正常工作電流通過（或組件處于正常環(huán)境溫度）時，PPTC呈低阻狀態(tài),；當電路中有異常過電流通過（或環(huán)境溫度升高）時,，大電流（或環(huán)境溫度升高）所產(chǎn)生的熱量使聚合物迅速膨脹，切斷了導(dǎo)電粒子所構(gòu)成的導(dǎo)電通路,，PPTC呈高阻狀態(tài),；當電路中過電流（超溫狀態(tài)）排除后，聚合物冷卻,，體積恢復(fù)正常,，其中導(dǎo)電粒子又重新構(gòu)成導(dǎo)電通路，PPTC又呈現(xiàn)初始的低阻狀態(tài),。PPTC的體積小,，成本低，可反復(fù)使用,，因而能實現(xiàn)保護功能的自動啟動和自動恢復(fù),。
在LED照明中，根據(jù)燈具應(yīng)用場合的不同有不同的過熱保護要求,，通常分為兩種,，分別為達到規(guī)定溫度立即斷開關(guān)斷保護（圖4），此種保護通常應(yīng)用于道路交通號志,；另外則是到達一定溫度時啟動保護,，進行降電流驅(qū)動（圖5），此種保護通常應(yīng)用于室內(nèi)照明和道路照明,。
圖4
圖5
在串聯(lián)相結(jié)合的巨型數(shù)組照明,、或景觀燈的過電流和過熱保護在成本與保護方案的相互平衡中，通常有兩種保護方案可用：
1.分路保護（圖6）,。對于多串的LED系統(tǒng),，我們可以在每隔支路上串聯(lián)一顆 PPTC分別進行保護。這種方式的好處是可以實現(xiàn)精確保護,，不會因為某一支路的故障而導(dǎo)致整個燈具的不工作,，保護的可靠性好。
2.主干路保護（圖7）,。這種保護就是在燈具的主回路上串聯(lián)一顆PPTC,，對整個燈具進行保護。這種方式的好處是成本低,，占板面積小,。
此外，PPTC可以作為溫度傳感器與LED驅(qū)動器配合使用,，實現(xiàn)LED數(shù)組照明的過熱保護（圖8）,，在大型數(shù)組照明中,，由于LED燈串眾多且結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，在實際應(yīng)用中容易出現(xiàn)過熱故障的位置往往并不固定于某個特定的位置,。因此,，單顆過熱檢測組件很難提供完善的過熱保護。而PPTC在正常工作下的低電阻,，以及它的正溫度系數(shù)特性,，可以方便的將數(shù)顆PPTC串聯(lián)于熱保護檢測電路，實現(xiàn)多點過熱監(jiān)控,。將多個PPTC串聯(lián),、并物理安裝于可能出現(xiàn)過熱的部位，由于PPTC的低電阻,，THRM引腳位準為0,，電源電路正常工作；當燈具某處或多處發(fā)生過溫故障時,，THRM回路中的一顆或幾顆PPTC受熱,，電阻急劇上升，THRM引腳位準變?yōu)楦呶粶?，從而啟動LED驅(qū)動器設(shè)計的過熱保護方案,，實現(xiàn)過熱關(guān)斷或過熱折減驅(qū)動。這種解決方案對于LED面光源的過熱保護可謂經(jīng)濟且有效,。
結(jié)論
PPTC由于其本身的諸多特點，非常適合于LED照明系統(tǒng)的過電流和過熱保護,，在設(shè)計中可以將PTC安裝在金屬芯電路板或LED散熱板以實現(xiàn)最佳的熱傳導(dǎo),，使PPTC保護更加實時、有效,；此外,，PPTC產(chǎn)品的封裝形式多樣，能根據(jù)客戶要求訂制封裝,，具備高度彈性,。但過熱保護沒有標準解決方案，具體設(shè)計必須結(jié)合實際燈具,，并進行充分驗證,。泰科電子非常樂意與業(yè)界工程師一起根據(jù)實際情況研究解決方案，以降低LED照明系統(tǒng)的故障率和維護成本,。