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將高功率白光LED作為新型綠色照明時，將擁有諸如光轉(zhuǎn)換效率高、功耗低，壽命長，無需維護等優(yōu)點，因而逐漸被應用于各種照明領域。LED燈的長使用壽命是基于其安全的工作環(huán)境。對于LED照明來講，主要有兩種威脅影響其壽命；一種是過電沖擊，此處的過電沖擊就是LED上施加的電流超過該LED技術數(shù)據(jù)手冊中的最大額定電流，包括過壓引起的過電流沖擊；另一種則是過熱損傷。這些損壞可以表現(xiàn)為組件的立即失效，也可能發(fā)生在過電沖擊事件后許久才失效，縮短LED工作壽命。

LED燈具損壞的原因

LED燈具失效一是來源于電源和驅(qū)動的失效，二是來源于LED組件本身的失效。通常LED電源和驅(qū)動的損壞來自于輸入電源的過電沖擊(EOS)以及負載端的斷路故障。輸入電源的過電沖擊往往會造成驅(qū)動電路中驅(qū)動芯片的損壞以及如電容等被動組件發(fā)生擊穿損壞；而負載端的短路故障則可能引起驅(qū)動電路的過電流驅(qū)動，驅(qū)動電路可能發(fā)生短路損壞或有短路故障導致的過熱損壞。

LED組件本身失效的情況

瞬態(tài)過電流事件

瞬態(tài)過電流事件，是指流過LED的電流超過該LED技術數(shù)據(jù)手冊中的最大額定電流，這可能是由于大電流的直接產(chǎn)生，也可能是因高電壓間接產(chǎn)生，如瞬態(tài)雷擊，開關電源的瞬態(tài)開關噪聲，電網(wǎng)波動等過壓事件引起的過流。這些事件都是瞬態(tài)的，持續(xù)時間極短，通常我們將其稱為尖峰，如“電流尖峰”，“電壓尖峰”。造成瞬態(tài)過流事件的情況還包括，LED接通電源或是帶電插拔時的瞬態(tài)過電流。

對于在汽車中的LED照明，ISO7637-2的瞬態(tài)拋負載突波沖擊，則是其正常工作的一個重要威脅。

LED遭受過電沖擊后的失效模式并非固定，但通常會導致焊接線損壞。這種損壞通常由極大的瞬態(tài)過電流引起，除了導致焊接線燒斷外，還可能導致靠近焊接線的其他部分損壞，例如密封材料。

靜電放電事件

ESD損壞是目前高整合半導體組件制造，運輸和應用中最為常見的一種瞬態(tài)過壓危害，而LED照明系統(tǒng)則需要滿足IEC61000-4-2標準的“人體靜電放電模式”8KV接觸放電，以防止系統(tǒng)在靜電放電時有可能導致的過電沖擊失效。

LED PN結數(shù)組性能降低或損壞，ESD事件放電通路導致的LED芯片的內(nèi)部失效，這種失效可能只是局部功能損壞，嚴重的也會導致LED的永久損壞。

過熱損壞

對于接近80%能量轉(zhuǎn)化為熱量消散的LED照明設計來講，熱管理和故障過熱保護是其面臨的一個重要課題，理論和實踐都已經(jīng)證明，LED的性能和壽命是與LED的pn結工作溫度緊密相關的。當LED芯片內(nèi)結溫升高10℃時，光通量就會衰減1%，LED就減少壽命50％。

電源及驅(qū)動電路的防護

由于LED電源和驅(qū)動電路容易遭受過電沖擊和短路故障損壞，因此在驅(qū)動電路設計中，需要充分考慮各種故障狀態(tài)的保護措施，以提高電路的可靠性，降低回修率。

PPTC在LED照明中的過流保護和過熱保護

雖然很多高端LED驅(qū)動組件逐漸整合了過電流、過溫等保護功能，但在許多場合，特別是過熱保護方面，仍然需要分立組件方案作為協(xié)同保護方案，以使得燈具具有更高的可靠性和更長的壽命。

PPTC就是指高分子聚合物正溫度熱敏電阻，是由聚合物與導電粒子等構成。在經(jīng)過特殊加工后，導電粒子在聚合物中構成鏈狀導電通路。當正常工作電流通過（或組件處于正常環(huán)境溫度）時，PPTC呈低阻狀態(tài)；當電路中有異常過電流通過（或環(huán)境溫度升高）時，大電流（或環(huán)境溫度升高）所產(chǎn)生的熱量使聚合物快速膨脹，切斷了導電粒子所構成的導電通路，PPTC呈高阻狀態(tài)；當電路中過電流（超溫狀態(tài)）排除后，聚合物冷卻，體積恢復正常，其中導電粒子又重新構成導電通路，PPTC又呈現(xiàn)初始的低阻狀態(tài)。PPTC的體積小，成本低，可反復使用，因而能實現(xiàn)保護功能的自動啟動和自動恢復。

在LED照明中，根據(jù)燈具應用場合的不同有不同的過熱保護要求，通常分為兩種，分別為達到規(guī)定溫度立即斷開關斷保護，此種保護通常應用于道路交通號志；另外則是到達一定溫度時啟動保護，進行降電流驅(qū)動，此種保護通常應用于室內(nèi)照明和道路照明。

在串聯(lián)相結合的巨型數(shù)組照明、或景觀燈的過電流和過熱保護在成本與保護方案的相互平衡中，通常有兩種保護方案可用：

1.分路保護。對于多串的LED系統(tǒng)，我們可以在每隔支路上串聯(lián)一顆 PPTC分別進行保護。這種方式的好處是可以實現(xiàn)精確保護，不會因為某一支路的故障而導致整個燈具的不工作，保護的可靠性好。

2.主干路保護。這種保護就是在燈具的主回路上串聯(lián)一顆PPTC，對整個燈具進行保護。這種方式的好處是成本低，占板面積小。

此外，PPTC可以作為溫度傳感器與LED驅(qū)動器配合使用，實現(xiàn)LED數(shù)組照明的過熱保護，在大型數(shù)組照明中，由于LED燈串眾多且結構較為復雜，在實際應用中容易出現(xiàn)過熱故障的位置往往并不固定于某個特定的位置。因此，單顆過熱檢測組件很難提供完善的過熱保護。而PPTC在正常工作下的低電阻，以及它的正溫度系數(shù)特性，可以方便的將數(shù)顆PPTC串聯(lián)于熱保護檢測電路，實現(xiàn)多點過熱監(jiān)控。將多個PPTC串聯(lián)、并物理安裝于可能出現(xiàn)過熱的部位，由于PPTC的低電阻，THRM引腳位準為0，電源電路正常工作；當燈具某處或多處發(fā)生過溫故障時，THRM回路中的一顆或幾顆PPTC受熱，電阻急劇上升，THRM引腳位準變?yōu)楦呶粶剩瑥亩鴨覮ED驅(qū)動器設計的過熱保護方案，實現(xiàn)過熱關斷或過熱折減驅(qū)動。這種解決方案對于LED面光源的過熱保護可謂經(jīng)濟且有效。

結論

PPTC由于其本身的諸多特點，非常適合于LED照明系統(tǒng)的過電流和過熱保護，在設計中可以將PTC安裝在金屬芯電路板或LED散熱板以實現(xiàn)最佳的熱傳導，使PPTC保護更加實時、有效；此外，PPTC產(chǎn)品的封裝形式多樣，能根據(jù)客戶要求訂制封裝，具備高度彈性。但過熱保護沒有標準解決方案，具體設計必須結合實際燈具，并進行充分驗證。泰科電子非常樂意與業(yè)界工程師一起根據(jù)實際情況研究解決方案，以降低LED照明系統(tǒng)的故障率和維護成本。