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  • WHPTC在大功率LED照明的应用

  • 文章出处 - | 作者 - 管理员 | 人气 - | 发表时间 - 2013-09-26 09:20:43
  •  大功率LED照明解决方案的开发厂家目前遇到的最大设计挑战是散热设计和过热保护,他们必须攻克LED光源对热敏感性强的难题,因为热量过多或应用不当都会使LED光源的性能大打折扣。理论和实践都已经证明,LED的性能和寿命与LEDPN结工作温度紧密相关。当LED芯片内结温升高10℃时,光通量就会衰减1%LED的寿命就减少50%,过流、过压和过热都会显著地减少LED的发光性能和使用寿命。因此除了良好的散热设计,安全可靠的过热保护也是必须考虑的。

      通常对LED而言,约20%输入功率转换为光,80%则转换为热。这取决于多种因素,发热可能与底层不规则以及声子发射、密封、材料等有关。在LED产生的总热量中,有90%通过传导传输。为耗散来自LED结的热量,传导是导热的主要通道,因为对流和辐射仅占全部热传输的约10%。显然,LED光源需要精确的功率和热管理系统,因为与其他光源相比,提供给LED的电能大部分转换为热量。如果没有适当的热管理,这种热量会影响LED寿命和色彩输出。同时,由于LED驱动装置属于硅器件,它们很快就会失效。这说明必须要配备故障安全备用过流保护装置。

    那么,为什么说成功的大功率LED照明设计离不开WHPTC呢?很多人觉得LED驱动器本身就能提供过流保护和过热保护功能,没必要再在外部添加一个WHPTC自恢复保险丝器件,因为这会增加额外的成本。但这是错误的观点,许多LED驱动器很容易因直流电压和极性错误而受损。LED驱动器的输出也会因短路而受损或损坏。尽管多数LED驱动器含有内置安全功能,包括热关机以及LED开路和短路检测。但是,要保护集成电路(IC)和其他敏感电子元件,可能需要额外的过流保护器件。因此,只有WHPTC才是防止大功率LED过热损坏的最合适解决方案。

      为了说明这个问题,我们首先来看一下典型的LED驱动器能提供什么保护功能。大多数大功率LED恒流驱动器能提供的典型保护特性包括:热关断保护、过压/过流比较器、大电流MOSFET、电流大小调节、某一级别的ESD保护。但是,其热关断特性只是一个自保功能,很难应用到LED过热设计保护中。其过压/过流保护特性需要外部过压保护电路,关断电源可能会引起其他问题。大电流MOSFET的故障模式通常是短路,这是潜在的不安全因素。实现LED调光用的电流调节特性可能引起LED过温问题。

       但WHPTC保护大功率LED的理念是不同的,它有以下4个独特优点:1、WHPTC的典型故障模式是高阻抗,因此即使在故障状态,LED也是安全的。2WHPTC可以直接测量LED的温度,因此可以贴身保护。3WHPTC可以实现过温、过流和过压保护功能。使用非常简单,不需要外部电路。LED即使在保护状态下也可以正常工作。4、允许设计师以更低成本实现调光设计,而不用担心安全问题。因此只需要在LED驱动器外面配一个WHPTC器件就可以实现更强的安全性、满足最严格的安全标准和实现降成本。

    WHPTC器件在LED照明中发挥更快保护速度:

     虽然很多驱动器件也逐渐集成了过流、过压等保护功能,但在许多场合,特别是过热保护方面,仍然需要分立元器件方案。深圳市万瑞和公司在2001年就开始了WHPTC材料的特性与应用研究,将其用于电路保护中的热敏电阻。时至今日,在LED照明得到越来越广泛应用的背景下,WHPTC将在LED技术中再次大显身手。

    WHPTC全称聚合物正温度系数器件(Polymer Positive Temperature Coefficients)也可称之为高分子聚合开关,它的工作情况类似一个开关,故障出现时,WHPTC变热、电阻增加,从而保护设备不受损坏;故障排除后,WHPTC复位,回到地电阻状态。不严格地说,WHPTC自恢复的保险丝。听上去和保险丝差不多?他们的区别在于,保险丝断开后,电路中几乎没有电流,而WHPTC动作后,电路中有一个较小的保持电流,电流大小由WHPTC的典型功耗所决定。

      对于LED照明应用来说,过压的威胁来自多方面,如电压波动、瞬间开关噪声以及感应雷击和地电位反冲,过压可能造成过热、PN结损伤、反向击穿甚至烧毁的后果。

     过流也会带来一系列问题。大电流不代表高亮度,有时候工作电流的减小,带来的是性能和寿命的增加。

    热效应也是LED照明无法回避的问题,当LED芯片内结温升高10摄氏度时,光通量就会衰减1%LED寿命就要减少50%,除了散热设计,过热保护也是必须加以考虑的因素。

      对于WHPTC器件来说,它的失效模式是高阻,安全性好;它能够直接测量LED的温度,实现闭环保护。WHPTC能实现过热、过流甚至过压保护,无需外部电路,使用方便。即使在保护状态下,LED灯也不是全部熄灭的,对工程师来说,也能更安全地实现电流调光的设计。

     万瑞和电子电路保护专家指出,WHPTC工作时本身是热的,加上贴近的LED热量,保护速度相对更快,另外WHPTC产品的封装形式也较多,能根据客户要求定制封装,因此灵活性很强。但WHPTC并非标准产品,万瑞和会和客户一起,根据系统的不同情况研究实施和布局的策略。

     

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