1、OFweek分享：LED燈具損壞的常見原因及解決方案將咼功率白光 LED 作為新型綠色照明時，將擁有諸如光轉換效率咼、功耗低，壽命長，無需維護等優點，因而逐漸被應用于各種照明領域。LED 的長使用壽命是基于其安全的工作環境。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 技術數據手冊 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 壞可以表現為組件的立即失效，也可能發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動的失效，二是來源

2、于LED 組件本身的失效。通常 LED 電源和驅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動電路中驅動芯片的損壞以及如電 容等被動組件發生擊穿損壞；而負載端的短路故障則可能引起驅動電路的過電流 驅動，驅動電路可能發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過電流事件瞬態過電流事件，是指流過 LED 的電流超過該 LED 技術數據手冊中的最大額 定電流，這可能是由于大電流的直接產生， 也可能是因高電壓間接產生，如瞬態 雷擊，開關電源的瞬態開關噪聲，電網波動等過壓事件引起的過流。 這些事件都 是瞬態的，持續時間極短，

3、通常我們將其稱為尖峰，如“電流尖峰”，“電壓尖 峰”。造成瞬態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過 電流。對于在汽車中的 LED 照明，ISO7637-2 的瞬態拋負載突波沖擊，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，如圖 1 所示。這種損壞通常由極大的瞬態過電流引起，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 過壓危害， 而LED照明系統則需要滿足 IEC61000-4-2標準的“人體靜電放電模

4、式” 8KV接觸放電，以防止系統在靜電放電時有可能導致的過電沖擊失效。LEDPN 結數組性能降低或損壞，如圖 2 所示，ESD 事件放電通路導致的 LED 芯片的內部失效，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芯片內結溫升高10C時， 光通量就會 衰減1% LED就減少壽命 50%。電源及驅動電路的防護由于 LED 電源和驅動電路容易遭受過電沖擊和短路故障損壞

5、， 因此在驅動電 路設計中，需要充分考慮各種故障狀態的保護措施，以提高電路的可靠性， 降低 回修率（圖 3）。PPTC 在 LED 照明中的過流保護和過熱保護雖然很多高端 LED 驅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（或組件處于正常環境溫度）時，PPTC 呈低阻狀態；當電路中有異常過電流 通過（或環境溫度升高）時，大

6、電流（或環境溫度升高）所產生的熱量使聚合物 迅速膨脹，切斷了導電粒子所構成的導電通路，PPTC 呈高阻狀態；當電路中過電流（超溫狀態）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 又呈現初始的低阻狀態。PPTC 勺體積小，成本低，可反復使 用，因而能實現保護功能的自動啟動和自動恢復。在 LED 照明中，根據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，分別為達到規定溫度立即斷開關斷保護（圖 4），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，進行降電流驅動（圖5），此種保護通常應用于室內照明和道路照明。圖 4圖 5在串聯相結合的巨型

7、數組照明、 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 （圖 6） 。 對于多串的 LED 系統， 我們可以在每隔支路上串聯一 顆 PPTC分別進行保護。這種方式的好處是可以實現精確保護，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（圖 7）。這種保護就是在燈具的主回路上串聯一顆 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 驅動器配合使用， 實現 LED數組照明的過熱保護（圖 8），在大型數組照明中，由于 LED 燈串眾多且結 構較為復雜

8、，在實際應用中容易出現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特性，可以方便的將數顆PPTC 串聯于熱保護檢測電路，實現多點過熱監控。將多個 PPTC 串聯、并物理安裝于可能出現過熱 的部位，由于 PPTC 勺低電阻，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|腳位準變為高位準，從而啟動 LED 驅動器設計的過熱保護方案，實 現過熱關斷或過熱折減驅動。這種解決方案對于 LED 面光源的過熱保護可謂經濟 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 散熱板以實現最佳的熱傳導， 使PPTC 保護更加實時、