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LED開(kāi)路保護(hù)器

發(fā)布時(shí)間:2010-10-26

中心議題:
  • LED開(kāi)路保護(hù)器的工作原理
  • 各種元件的主要參數(shù)和特性
解決方案:
  • NUD4700的工作原理
  • NUD4700的主要參數(shù)
  • SMD602主要參數(shù)與特性

近年來(lái),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1WLED的工作電流為250~350mA,3WLED的工作電流為600~700mA,電流大的可達(dá)900~1000mA。

圖1LED驅(qū)動(dòng)電路

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

目前已開(kāi)發(fā)出的1WLED開(kāi)路保護(hù)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(kāi)路保護(hù)的LED也已上市。3WLED的工作電流一般取值700~1000mA,這種開(kāi)路保護(hù)器由于電流較大在市上還少見(jiàn)。


圖2兩種LED保護(hù)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(kāi)路保護(hù)器。
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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(yáng)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3NUD4700外形

NUD4700的典型應(yīng)用電路如圖4所示。這是一個(gè)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(dòng)器驅(qū)動(dòng)5個(gè)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(kāi)路時(shí),由于LED的正向降壓VF小于晶閘管的“開(kāi)啟”電壓V(BR),則NUD4700為“關(guān)閉狀態(tài)”。在關(guān)閉狀態(tài)時(shí),只有小于250μA的漏電電流經(jīng)過(guò)NUD4700,相當(dāng)于NUD4700“開(kāi)路”,不影響LED的工作。若串聯(lián)的LED中有一個(gè)(如LED2)因損壞而開(kāi)路了,此時(shí)與LED2并聯(lián)的NUD4700的A、C之間電壓超過(guò)了“啟動(dòng)”電壓V(BR)(5.5~7.5V),NUD4700啟動(dòng),由關(guān)閉狀態(tài)轉(zhuǎn)為“導(dǎo)通狀態(tài)”。在導(dǎo)通狀態(tài)時(shí),A、C之間導(dǎo)通電壓VT為1.0~1.2V。此時(shí),LED的電流由LED1流經(jīng)NUD4700的A、C,再流入LED3,如圖5所示。5個(gè)LED的燈僅有4個(gè)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4NUD4700應(yīng)用電路

圖5NUD4700工作原理

從上面的分析可知:在LED正常時(shí),器件不起作用(相當(dāng)開(kāi)路);在LED損壞開(kāi)路時(shí),它起作用(相當(dāng)通路),使LED的電路能形成通路而工作。

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(shí)電壓為-0.3~+10V;關(guān)閉狀態(tài)時(shí)的漏電流ILEAK為100~250μA;啟動(dòng)電壓(也稱為“擊穿電壓”BreakdownVoltage)V(BR)為5.5~7.5V;保持電流IH為6~12mA;閉鎖電流(latchingCurrent)IL為35~70mA;導(dǎo)通狀態(tài)電壓VT為1~1.2V;導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)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(shí),散熱條件好,IT可達(dá)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℃。

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(kāi)路瞬間波形,此時(shí),LED電流IF經(jīng)一些波動(dòng)后恢復(fù)到原來(lái)電流;與此同時(shí),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(shí)間是很快的(dv/dt最小值為250V/μs)。


圖6NUD4700工作波形圖

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(gè)反接的二極管,可在LED串極性接反時(shí)提供一個(gè)電流通路,由于二極管的正向壓降為1.1~1.5V,其可保護(hù)LED免受反壓擊穿(一般LED反壓擊穿電壓為5V)。


圖7SMD602內(nèi)部結(jié)構(gòu)[page]

SMD602的工作原理與NUD4700完全相同。它的正極與LED的陽(yáng)極連接,負(fù)極與LED的陰極連接,如圖8所示。在LED沒(méi)有開(kāi)路時(shí),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L(zhǎng)ED電流ILED。


圖8SMD602工作在LED導(dǎo)通狀態(tài)下

若在串聯(lián)的LED中有一個(gè)開(kāi)路,如圖9所示,則與此并聯(lián)的SMD602的正、負(fù)極之間電壓大于其開(kāi)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(gè)LED,保證其他未開(kāi)路的LED正常工作。圖中用紅線X表示此LED開(kāi)路。


圖9SMD602工作在LED開(kāi)路狀態(tài)下

若LED串與驅(qū)動(dòng)器連接時(shí)極性接反,則有可能LED受反壓過(guò)大而損壞。由于SMD602內(nèi)部有反接二極管,在LED串極性接反時(shí),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(hù),如圖10所示。


圖10SMD602工作在LED反接狀態(tài)下

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(shí)最大電流IBP=500mA;反向電流IR最大值為500mA;啟動(dòng)電壓V(BR)為4.65~5.25V,導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)壓降VT為1~1.2V;在LED極性反接時(shí),其壓差為1.1~1.5V;在關(guān)閉狀態(tài)時(shí)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11SMD602的特性

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


圖12SMD602的引腳排列

以上介紹的兩種LED開(kāi)路保護(hù)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。
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