本文介绍了一些大型市场 LED 照明应用及其对照明系统的威胁。它还讨论了针对这些威胁的不同保护策略，并限度地提高了这种照明技术的可靠性。
    本文介绍了一些大型市场 LED 照明应用及其对照明系统的威胁。它还讨论了针对这些威胁的不同保护策略，并限度地提高了这种照明技术的可靠性。
    过去几年 LED 照明的出现现已成熟，我们对照明的看法发生了彻底的变化。LED照明曾经是科学家和“早期采用者”的宠儿，但现在已成为“主流”。这项技术有望真正终结飞涨的电费、荧光灯泡的冷光，以及延长灯泡使用寿命，使更换灯泡变得如此频繁，以至于我们可能需要有关如何正确更换灯泡的说明！但 LED 照明真的兑现了这些承诺吗？
    今年早些时候，在参观近翻新的工业空间时，主持人详细介绍了为工厂车间提供一般照明的 LED 灯具的一些功能。他的声明大致是“它们真的是很好的灯——而且有七年保修期！” 他的声音中没有一丝怀疑，但如果灯实际上不能持续那么长时间，他就不需要承担维修/更换费用。如果这些 LED 灯过早失效——好吧，那是别人的问题——除非是你的雇主出售了 LED 照明灯具，那么也许那个“别人”就是你！
    让我们看一下具有巨大市场的五种 LED 照明应用，并讨论照明系统面临的威胁以及可部署以“强化”设计以实现可靠性的各种电路保护策略。
    主要重点是投资于有价值的电路保护。当然，安全评级机构（UL、ETL等）会要求限度的防火和人员安全措施。本文的真正目标是经济有效地延长受保护设备的使用寿命（安全人员没有解决这个问题）。价值不仅仅只是灯具的零售价值（尽管这肯定是一个因素），还包括有价值的功能（故障可能会使人员或其他设备处于危险之中）、难以进入（维修或更换的进入成本可能约为幅度大于设备成本），或设备销售到可靠性是供应商之间竞争点的市场。
    交流通用照明

 

  

     图 1 中的框图显示了典型的工业照明灯具。第三块显示了交流线路 (BR) 的无变压器整流、功率因数校正 (PFC) 电路，大多数工业照明灯具都包含电容器组，可将 120Hz 纹波平滑至可接受的水平。消防安全还需要在输入端安装保险丝，但在整个设计中添加过压保护将有助于确保保险丝永远不会熔断，因为它可以保护关键电子元件，否则这些电子元件可能会发生故障并导致输入端电流过大。桥式整流器 (BR) 中的二极管通常是电压浪涌的个受害者。

    如果没有输入过压保护，交流输入浪涌将进入 DC/DC 电压-电流转换器模块，其中开关电子器件将高压直流输入斩波为 LED 可用的电流包。这些电子设备的额定电压为这些电路中的数百伏，但很容易被超过其额定值的单一事件损坏——附近的雷击或工业电机关闭可能会导致数千伏的电压尖峰。
    交流输入端的高容量金属氧化物压敏电阻 (MOV) 器件网络是限制电压浪涌的解决方案。MOV 确实会随着吸收的每浪涌而老化，因此请确保其尺寸足够大。在路灯应用中，电子设备基本上位于避雷针顶部，通常建议将 MOV 器件与线电压硅 TVS 二极管器件结合使用。Littelfuse AK10-170C 是 120V 线路电压的一种选择。TVS 器件可提供的电压钳位，且无老化特性，但 TVS 也需要大量投资。如果预计维修成本非常高，并且需要呼叫公用事业服务卡车和工作人员，那么设计具有电路保护的额外费用通常是合理的。
    在某些工业设计中，交流输入保险丝的尺寸必须能够承受非常大的 MOV 设备的浪涌电流，如图 1 所示。在这些情况下，保险丝可能不够灵敏，无法在开关部分（直流）故障时断开。 /DC 转换块位于同一框图中。）但是，可以在线路整流级（BR + PFC 块）之后放置下游熔断器，这与工作电流更匹配。但由于现在这是一个直流电路，因此必须使用专门的高压直流熔断器。Littelfuse 477 系列保险丝在设计时就考虑到了这种应用。
    在某些设计中，LED 本身实际上与驱动器电子电路相距较远。让 LED 产生的热量远离驱动器电子设备有很多优点。在某些路灯应用中，电子器件位于底座中，LED 位于灯杆顶部。在这些设计中，可能需要提供额外的 TVS 器件来保护 LED 灯串免受感应高电压的影响，因为从驱动器电路到 LED 的长电线将充当天线（参见 DC/DC 转换后的 TVS 模块，图 1） 。
    采用引线键合 LED 结构连接到长高压串联灯串的设计具有额外的故障模式，其中热循环或机械振动会导致引线键合断裂，从而导致 LED 开路。解决方案是使用开路 LED 旁路器件（图 1），绕过开路 LED，保持灯串的平衡点亮。如果没有这些设备，单个 LED 因开路而发生故障就会导致整个灯串熄灭。只要灯具保持指定的光输出，某些保修可能允许一定比例的 LED 发生故障。
    交流源 LED 灯具（LED 灯“灯泡”）
    图 1 也是典型 LED 交流灯具的框图，但未使用某些保护元件。LED 照明灯具与更大、更昂贵的工业灯具具有相同的工作电路，但电路保护的威胁和动机却截然不同。
    LED 灯具的销售保修期极短，并且主要在价格上竞争。因此，设计人员面临着降低成本的压力，而电路保护通常是一个很容易偷工减料的地方，因为它对于灯泡的功能来说并不是必需的。有时可以通过使用薄电路板走线作为“穷人的保险丝”来满足消防安全要求。这可以满足组件短路或开路的安全测试，但它们不会中断由于输入级电解电容器泄漏而导致的过载情况。由此产生的故障模式令人恐惧，烟雾和难闻的气味确实有可能发生。使用实际的保险丝是真正的解决方案。
    交流工作照明
    白炽光是从悬挂在空中的电线发出的。白炽灯泡设计者花费了大量的时间和精力试图将光重定向到特定的方向和光束模式。LED 的一个天然优势是 LED 光从表面发射并且具有很强的方向性，因此它们非常适合台下照明和桌面灯。通常 LED 集成在灯具中，因此没有可更换的部件。图 1 也是上述的框图。MOV 再次成为交流输入的守护者，其尺寸通常按总设计成本的百分比确定。因此，更昂贵的装置将需要更大、更有效的 MOV 装置。
    指示灯照明
    是的，您可以说使用 LED 作为指示器并不是真正的照明应用。但在一些设备齐全的房屋中，设备数量如此之多，以至于夜灯已经完全被一系列 LED 指示灯所掩盖——尤其是现在，如此多的电子产品都配有 LED 来指示电源已关闭！对于 LED 指示器，通常采用直流电路，该电路使用简单的电阻器通过固定直流电压源提供适当的电流来驱动 LED。虽然不是特别节能，但我们只讨论 2 – 10 mW。关键是这些指示灯位于控制面板的前面，有时位于控制按钮内部，这使得它们成为 ESD 的主要目标。