LED開路保護器

近年來，采用1～3W大功率LED做的燈具逐年增加，其功率可從幾瓦到上百瓦。大功率LED燈具都采用LED串聯(lián)的結(jié)構(gòu)，用恒流供電，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。一般1W LED的工作電流為250～350mA，3W LED的工作電流為600～700mA，電流大的可達900～1000mA。

圖1 LED驅(qū)動電路

這種串聯(lián)LED的燈具有一個缺點，如果串聯(lián)的LED中有一個LED開路，則整個燈都不亮了。這對某些燈具（如警示燈、礦燈、應(yīng)急燈等）的應(yīng)用是十分危險的。為了防止LED開路時，LED燈還能亮，則采用LED開路保護器是十分有效的，它能保證燈具使用的安全性。

目前已開發(fā)出的1W LED開路保護器有兩種結(jié)構(gòu)：齊納二極管型和晶閘管型（單向可控硅型），如圖2所示。有的LED生產(chǎn)廠家直接將齊納二極管與LED封裝在一起，即帶有開路保護的LED也已上市。3W LED的工作電流一般取值700～1000mA，這種開路保護器由于電流較大在市上還少見。

圖2 兩種LED保護器件

本文將介紹安森美公司在2009年1月推出的新器件NUD4700及SMD公司在2008推出的SMD602，它們都是晶閘管型LED開路保護器。
　　
NUD4700的工作原理
NUD4700是一種兩端器件，其外形如圖3所示，A端為陽極，C端為陰極。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2的下圖所示，它由控制電路及單向晶閘管組成。

圖3 NUD4700外形

NUD4700的典型應(yīng)用電路如圖4所示。這是一個交流供電，往AC/DC轉(zhuǎn)換器輸出直流電壓，再由NUD4701恒流LED驅(qū)動器驅(qū)動5個串聯(lián)的1W大功率LED的電路。NUD4700與LED并聯(lián)連接在一起。在LED未開路時，由于LED的正向降壓VF小于晶閘管的“開啟”電壓V(BR)，則NUD4700為“關(guān)閉狀態(tài)”。在關(guān)閉狀態(tài)時，只有小于250μA的漏電電流經(jīng)過NUD4700，相當(dāng)于NUD4700“開路”，不影響LED的工作。若串聯(lián)的LED中有一個（如LED2）因損壞而開路了，此時與LED2并聯(lián)的NUD4700的A、C之間電壓超過了 “啟動”電壓V(BR)（5.5～7.5V），NUD4700啟動，由關(guān)閉狀態(tài)轉(zhuǎn)為“導(dǎo)通狀態(tài)”。在導(dǎo)通狀態(tài)時， A、C之間導(dǎo)通電壓VT為1.0～1.2V。此時，LED的電流由LED1流經(jīng)NUD4700的A、C，再流入LED3，如圖5所示。5個LED的燈僅有4個LED工作，其亮度稍差一些，但仍可以正常工作，并且不影響其恒流的大小。

圖4 NUD4700應(yīng)用電路

圖5 NUD4700工作原理

從上面的分析可知：在LED正常時，器件不起作用（相當(dāng)開路）；在LED損壞開路時，它起作用（相當(dāng)通路），使LED的電路能形成通路而工作。
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NUD4700的主要參數(shù)
NUD4700的主要參數(shù)：峰值重復(fù)關(guān)閉狀態(tài)時電壓為-0.3～+10V；關(guān)閉狀態(tài)時的漏電流ILEAK為100～250μA；啟動電壓（也稱為“擊穿電壓”Breakdown Voltage）V(BR)為5.5～7.5V；保持電流IH為6～12mA；閉鎖電流（latching Current）IL為35～70mA；導(dǎo)通狀態(tài)電壓VT為1～1.2V；導(dǎo)通狀態(tài)時的平均電流IT(AVG)為0.376～1.3A（電流大小與焊盤面積有關(guān)：在焊盤面積為25.4mm×25.4mm時，散熱條件好，IT可達1.3A）；該器件為貼片式2mm×2.1mm封裝（高度為1mm）；工作溫度范圍為-40～+85℃。
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典型工作波形
NUD4700的典型工作波形如圖6所示。圖6中，綠色是LED電流波形，棕色是NUD4700關(guān)閉狀態(tài)轉(zhuǎn)換到導(dǎo)通狀態(tài)的波形。橢圓內(nèi)是LED開路瞬間波形，此時，LED電流IF經(jīng)一些波動后恢復(fù)到原來電流；與此同時，NUD4700由關(guān)閉狀態(tài)轉(zhuǎn)換到導(dǎo)通狀態(tài)，其電壓由VF下降到1～1.2V，其響應(yīng)時間是很快的（dv/dt最小值為250V/μs）。

圖6 NUD4700工作波形圖
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SMD602的結(jié)構(gòu)與工作原理
SMD602的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖7所示，它的基本結(jié)構(gòu)與NUD4700相同，但增加了一個反接的二極管，可在LED串極性接反時提供一個電流通路，由于二極管的正向壓降為1.1～1.5V，其可保護LED免受反壓擊穿（一般LED反壓擊穿電壓為5V）。

圖7 SMD602內(nèi)部結(jié)構(gòu)

SMD602的工作原理與NUD4700完全相同。它的正極與LED的陽極連接，負極與LED的陰極連接，如圖8所示。在LED沒有開路時，SMD602都為關(guān)閉狀態(tài)，其漏電流為100μA（典型值）。圖中橘黃色線為LED電流ILED。

圖8 SMD602工作在LED導(dǎo)通狀態(tài)下

若在串聯(lián)的LED中有一個開路，如圖9所示，則與此并聯(lián)的SMD602的正、負極之間電壓大于其開啟電壓4.65～5.25V，此器件由關(guān)閉狀態(tài)轉(zhuǎn)換為導(dǎo)通狀態(tài)，降壓為1～1.2V。LED電流經(jīng)SMD602內(nèi)部的晶閘管后流到下一個LED，保證其他未開路的LED正常工作。圖中用紅線X表示此LED開路。

圖9 SMD602工作在LED開路狀態(tài)下

若LED串與驅(qū)動器連接時極性接反，則有可能LED受反壓過大而損壞。由于SMD602內(nèi)部有反接二極管，在LED串極性接反時，其內(nèi)部的二極管極性是正確的，則LED的電流經(jīng)SMD內(nèi)部的二極管形成回路，LED得到保護，如圖10所示。

圖10 SMD602工作在LED反接狀態(tài)下
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SMD602主要參數(shù)與特性
SMD602的主要參數(shù)：輸入電壓VDC最大值為38V；導(dǎo)通狀態(tài)時最大電流IBP=500mA；反向電流IR最大值為500mA；啟動電壓V(BR)為4.65～5.25V，導(dǎo)通狀態(tài)時壓降VT為1～1.2V；在LED極性反接時，其壓差為1.1～1.5V；在關(guān)閉狀態(tài)時漏電流為100～150μA；維持電流IH最大值為20mA，工作溫度范圍-40～+85℃。

圖11 SMD602的特性

SMD602有兩種封裝：2mm×2mm FBP封裝及3引腳SOT-89封裝，其引腳排列如圖12所示。

圖12 SMD602的引腳排列

結(jié)束語
以上介紹的兩種LED開路保護器適用于1W大功率LED，其ILED電流為350mA。它們可以與LED一起安裝在六角形的鋁基板上。