室内LED灯泡需要更可靠的电路保护

早期室内 LED 灯泡的设计人员面临许多技术障碍，包括 AC 到 DC 转换、散热、当前灯泡尺寸施加的限制、电气瞬变，更不用说驱动产生光的 LED 的基本挑战了. 为 LED 和电路中它们上游的所有组件提供瞬态保护是一项重大的设计挑战。这些瞬变通常是由交流输入上的雷电引起的浪涌引起的。LED 灯泡需要针对这些威胁提供过流和过压保护。

对附加功能和更高光输出的需求增加了 LED 板组件的数量。更高的光输出需要更大的散热器来增加散热。由于 LED 灯泡的外形尺寸必须与当前的白炽灯和 CFL 灯泡(例如 A19 家用灯泡)兼容，因此它们包含一个 AC/DC 电源电路，以便它们可以在标准灯泡插座上运行(图 1)。任何直接连接到交流电源的东西都可能因灯泡内部的组件和/或电路故障引起的短路和过载情况而损坏。此外，雷电浪涌或负载开关瞬变(起源于灯泡外部)会产生电压尖峰或环形波，从而对灯泡内的组件造成压力并最终损坏。

图 1：典型住宅 LED 灯的构造。

图 2：带有瞬态和浪涌能量保护装置的典型 LED 灯具驱动电路。

交流线路保险丝是灯泡的主要过流保护装置。如果选择正确，此保险丝将通过安全地断开所有电路与交流线路输入的连接，充分保护所有下游组件免受电气过应力 (EOS) 损坏。

鉴于与 LED 灯泡设计相关的紧凑空间限制，为交流输入选择高度紧凑的交流保险丝至关重要。保险丝的功能是通过在短路和电流过载条件下可靠且可预测地熔化来为组件和完整电路提供保护。与交流线路输入串联的正确保险丝将提供所需的保护。今天，交流保险丝具有最小的外形尺寸，具有多种安培数和额定电压可供选择。一系列额外的关键参数和表面贴装设计也可供设计工程师选择满足所有应用要求的保险丝。

基于 LED 的灯泡的初级过压保护 (OVP) 器件是交流输入电路金属氧化物压敏电阻 (MOV)。当为所有所需的设计参数正确选择时，它将通过钳位短时电压脉冲保护所有下游组件免受感应瞬变和环形波效应的 EOS 损坏。MOV 提供了一种经济高效的方法，可以最大限度地减少可能进入下游组件的瞬态能量。正确的 MOV 选择基于许多电气参数，包括电压额定值、峰值脉冲电流、能量额定值、圆盘尺寸和引线配置。

LED灯泡设计者需要考虑几个电路保护问题：

回答有关应用的技术问题，例如：灯泡的正常工作电流、应用电压、环境温度、过载电流水平和保险丝必须打开的时间长度、最大允许故障电流以及脉冲、浪涌电流、浪涌电流、启动电流和电路瞬变。Littelfuse 提供大量设计资源，包括Fuseology 选择指南：保险丝特性、术语和考虑因素 以及Littelfuse iDesign 保险丝选择工具。

在设计过程中尽早了解灯泡的销售市场。根据灯泡预期使用的地理位置，不同的标准将管理设计和测试要求。

确定可能影响可用保险丝的尺寸限制。保险丝有多种封装可供选择，但表面贴装设计是 LED 灯泡最常见的外形尺寸。现在可以使用尺寸更小的保险丝来保护交流输入，其中一些尺寸仅为以前可用的最小保险丝的一半。

电流通过保险丝产生的保险丝温度随环境温度的变化而升高或降低。请记住，保险丝的“环境温度”与“室温”不同。相反，环境温度是保险丝周围的空气温度，通常远高于室温。对于大约 25 ° C 的环境温度，建议保险丝在不超过其标称额定电流的 75% 下工作。保险丝是对温度敏感的器件，因此即使是很小的温度变化也会极大地影响在加载到其标称值(即 100% 的额定值)时的预计保险丝寿命。

确定应用所需的分断能力(即分断额定值，I 2 t)。这是保险丝在额定电压下可以安全中断的最大允许电流。在故障或短路情况下，保险丝可能会接收到比其工作电流大很多倍的瞬时过载电流。安全操作要求保险丝保持完好并清除电路。

在设计过程开始时必须考虑瞬态抑制。将保险丝与下游 OVP 和 LED 串驱动电路协调。选择的熔断器必须能承受指定水平的瞬态能量，以使 LED 串驱动电路的能力不会受到不利影响。AC 输入电路保险丝和 MOV 提供瞬态保护，允许在保险丝断开的情况下实现所需的过压钳位能力，同时安全地保护下游电路，从而最大限度地减少对 LED 串驱动器电路(包括 LED 串本身)的干扰。

如果灯泡的工作电路无法承受所需的瞬态事件级别，请考虑为 OVP 添加一个辅助 TVS 二极管。这是一种经过验证的解决方案，可以进一步限制来自 MOV 的“通过”能量。对于极端情况，请考虑额外的 OCP/OVP 设备(见图2)以提供更强大的电路保护。

其他设计考虑因素，例如保险丝与过压保护和 LED 驱动器的协调，也很重要。

在生产之前留出足够的时间进行彻底的应用测试和验证。

结论

从基于 LED 的灯泡设计项目的最初阶段投入必要的时间和资源来确保足够的电路保护将获得成功的产品和满意的客户。由于交流熔断器、MOV 和 TVS 二极管的最新进展，下一代 LED 灯泡可能会出现，直到下一代设计师到来。

　　审核编辑：汤梓红