LED 照明系统需要高性能的 ESD 和过热保护，才能在使用寿命、低维护成本和整体可靠性方面发挥其潜力。爱普科斯 （EPCOS） 保护元件为 LED 阵列、其电源和控制电路提供有效且经济高效的保护。
LED 为降低室内和室外灯的能耗做出了决定性的贡献。LED 不仅比荧光灯和 HID 灯等传统照明光源消耗的功率少得多，而且具有更长的长使用寿命 - 长达 80,000 小时，在理想条件下甚至更长。
因此，在 LED 灯的正常使用寿命期间，传统照明系统的灯必须更换多次。这意味着更低的维护成本和整体系统运营成本。LED 照明系统可靠性面临的主要威胁是：
ESD 事件，包括雷击
瞬态过流事件和浪涌
热插拔期间的电流和电压尖峰
反向电压效应
过温
因此，如果 LED 照明系统要像 LED 本身一样可靠和长寿命，则必须有效地保护所有组件和子系统免受组装、维护和作过程中遇到的这些危险。
LED 照明系统的基本架构和必要的保护装置
图 1：LED 照明系统的基本架构和必要的保护装置
LED 照明系统架构
LED 灯具由 LED 引擎（LED 阵列、其 LED 驱动器和控制单元）、LED 电源和与电网的连接组成。公司和设施管理人员越来越多地部署智能联网照明系统，以限度地提高照明效率和质量，确定灯具的状态，并实现远程控制和维护。这意味着通信电源和接口也可以集成在灯具中。
每个子系统都暴露在 ESD 事件和浪涌的能量水平决定了需要哪些保护器件来确保整体系统的可靠性。图 1 显示了子系统及其适用保护设备的概述。
防止高能量浪涌
长期以来，爱普科斯 （EPCOS） SIOV? 压敏电阻一直是过压保护的解决方案。这些金属氧化物压敏电阻特别适用于保护 LED 照明系统的电源免受高达 750 J 的较大高能浪涌的影响。新型 B20* 和 B25* 系列 SIOV 压敏电阻是保护元件，旨在满足高达 10 kV/10 kA 的浪涌保护要求，符合 ANSI/IEEE C62.41.2 和 DOE MSSLC LED 道路灯具模型规范。这些系列包括三个或四个组装在一个外壳中的 SIOV 压敏电阻（图 2）。B20* 和 B25* 系列目前提供的工作电压为 320V、420V 和 510V。
用于电源保护的 EPCOS SIOV 压敏电阻
图 2：用于电源保护的 EPCOS SIOV 压敏电阻
TDK 的 EPCOS 避雷器和压敏电阻具有紧凑的设计，可在此阶段提供可靠的保护，防止非常大的 ESD 事件，例如雷击和其他瞬变引起的浪涌。避雷器与压敏电阻相结合，提供节省空间且具有性能的集成解决方案。
爱普科斯 （EPCOS） ThermoFuse? 压敏电阻 T 系列由一个串联的圆片压敏电阻和一个热耦合熔断器组成，位于一个封装中，可在电源输入级提供特殊保护。如果压敏电阻过热，封装在特殊塑料中的热熔断器会断开压敏电阻与电源电路的连接，从而防止火焰和烟雾的产生。T 系列压敏电阻具有高达 10,000 A 的浪涌电流能力和 440 J 的能量吸收能力，持续 2 ms。
低能量 ESD 保护传统上，TVS 二极管用于保护电路免受低于 25 J 的 ESD 事件的影响。然而，ESD 保护要求在微型尺寸和插入高度、宽温度范围内的可靠性能和快速响应时间方面变得越来越苛刻。与传统的 TVS 二极管相比，爱普科斯 （EPCOS） CeraDiode 系列等多层压敏电阻具有关键优势，并日益成为该能量范围内 ESD 和浪涌保护的解决方案。CeraDiodes 可以非常有效地使用，以满足与元件尺寸相关的吸收要求。
LED 引擎有许多可以想象的配置。它可以由多达数百个 LED 组成，这些 LED 以串联或并联串或两者的组合形式连接（图 3）。串联的灯串存在一个风险，即一个 LED 的故障会导致整个灯串失效，从而导致光线显著减少。
LED 驱动器的 ESD 保护
图 3：LED 驱动器的 ESD 保护
由于其极低的寄生电容，CeraDiodes 也是用于控制灯具的数据线 ESD 保护
的选择。由于在移动、停止使用或更换项目时重新配置网络的情况并不少见，因此热插拔情况非常常见，这可能导致 ESD 事件和峰值。使用 CeraDiodes 需要在整个系统中提供适当的 ESD 保护，以确保器件在其整个指定使用寿命内保持完全功能。
CeraDiodes 与 TVS 二极管的优势
图 4：EPCOS CeraDiodes 和 TVS 二极管的设计比较
CeraDiode 具有单位体积/表面积的高能量吸收能力。它的有源体积几乎是 TVS 二极管的三倍，后者只有 30% 左右。因此，LED 照明设计人员可以使用更小的元件实现与 IEC 61000-4-2 相同的 ESD 保护和抗浪涌电流的耐用性（图 4）。CeraDiode 支持灯具制造商的小型化需求。外壳尺寸为 EIA 0201 和 0402 的 EPCOS CeraDiodes 非常适合保护 LED 引擎和 LED 照明装置阵列，并提供与占用空间大得多的 TVS 二极管相同的保护。开发的外壳尺寸 EIA 01005 进一步小型化，适用于空间较小的应用，例如 LED 闪光灯。
鉴于 ESD 和瞬态干扰的许多不同形式，通常需要提供双向保护。作为压敏电阻，CeraDiode 在单个元件中提供双向保护，而 TVS 二极管本质上是单向的。因此，根据设计要求，可能需要设计两个二极管以实现相同的保护。这使得 CeraDiode 在尺寸、成本和贴装物流方面都具有优势。
不带 IC 的温度补偿 LED 驱动器
图 5：不带 IC 的温度补偿 LED 驱动器
CeraDiodes 在高达 85 °C 的温度下几乎不降额的性能也具有优势。 另一方面，TVS 二极管的降额在室温下就已经开始了。因此，CeraDiodes 确保 LED 电子元件能够在非常大的温度范围内可靠运行。这不仅有助于灯具设计师限度地减少所需的空间，还有助于降低成本。特定的 CeraDiode 系列甚至具有高达 125°C 或更高的非降额特性。此外，CeraDiodes 在较长的使用寿命内提供 <0.5 ns 的快速高响应时间和高脉冲吸收能力。
有效的温度保护
由于 LED 需要恒定电流才能提供恒定的亮度，因此必须将其温度控制在较窄的范围内。采用 SMD 封装的 EPCOS NTC 和 PTC 热敏电阻旨在保护 LED 阵列免受过热，并控制其温度曲线以实现流明效率。这是通过自动调整 LED 的电流来实现的。外壳尺寸为 EIA 0402 或 0603 的新型小型化 EPCOS SMD NTC 热敏电阻具有 ±1% 的窄容差和较短的响应时间，可实现所需的高精度测量。然后，它们与智能电路一起实现有效控制系统的设计。专用 LED 样品套件，订购代码为 B57999V3999J099。作为温度限制传感器的 EPCOS SMD PTC 热敏电阻代表了另一种简单、可靠且经济高效的过热保护方法。提供外壳尺寸 EIA 0402、0603 和 0805 两种尺寸，其宽范围 R/T 曲线和 70°C 至 145°C 的感应温度使其易于选择合适的器件。完整产品系列的样品可在样品套件中提供（订购代码 B59001Z999A99）。
在没有 IC 的更简单的 LED 驱动器设计中，PTC 热敏电阻也可用于通过将 LED 串联到 LED 来降低高温下的正向电流（图 5）。对于此类应用，建议使用引线式或大型 SMD PTC 热敏电阻（外壳尺寸为 EIA 3225 或 4032）。
用于 LED 照明系统的广泛组件组合
TDK 的保护器件产品阵容与广泛的高性能 TDK 和 EPCOS 薄膜电容器、MLCC、电感器和变压器相辅相成，能够为室内和室外 LED 照明系统设计紧凑、可靠且使用寿命长的灯具。
表：用于 LED 照明的 EPCOS CeraDiodes 产品组合。
