保護(hù)LED免受EOS損傷的兩大防護(hù)方案對比

隨著LED 技術(shù)的日趨成熟，LED 照明的使用越來越廣泛，例如手機(jī)的LED 閃光，LED 家用燈具，汽車的LED 前燈和尾燈等等。但是該如何有效地延長LED 的使用壽命?我們今天的話題就圍繞針對過度電性應(yīng)力(EOS)的沖擊，如何有效的保護(hù)LED 的方案之間的區(qū)別來展開。

EOS 是Electrical Over Stress 的縮寫，指所有的過度電性應(yīng)力。EOS 沖擊的意思是電子元器件被施加的電流或者電壓超過該元器件最大的設(shè)計規(guī)范要求時，該元器件便會發(fā)生性能減弱，甚至于直接損壞的現(xiàn)象。

LED 器件很容易受到EOS 的損傷，這種損壞有時能夠直接擊壞器件造成失效，而有時失效則可能在EOS 發(fā)生一段時間后才發(fā)生。電源輸出質(zhì)量的不穩(wěn)定，各種過電壓過電流的噪音，以及熱插拔應(yīng)用使用中的突入電流現(xiàn)象等都是能夠產(chǎn)生EOS 失效的諸多因素，這種EOS 現(xiàn)象都屬于短時間的過負(fù)荷，在短時間內(nèi)(一般在1s內(nèi))LED 受到尖峰電壓或者尖峰電流的沖擊，這種電壓或者電流的能量超過了LED 的設(shè)計額定值，從而損傷LED 器件。

簡單介紹了LED 的EOS 問題后，我們來看看解決方案。保護(hù)LED 免受EOS 損傷的防護(hù)方案基本都是將EOS 產(chǎn)生的瞬態(tài)電壓箝位在器件所能承受的范圍內(nèi)。理論上消除這種瞬態(tài)電壓最好的防護(hù)器件是電容，電容能很好的將瞬態(tài)電壓吸收。但是在實(shí)際應(yīng)用中，由于電容的高溫壽命和較大體積等因素，實(shí)在不是一種比較好的方案。

因此大多的工程師在解決該問題時往往偏向于使用TVS 穩(wěn)壓管來進(jìn)行保護(hù)，但是在選擇TVS 管的時候必須考慮到TVS 管所能承受的最大功率，由于EOS 沖擊的瞬態(tài)能量的不確定性，想要完全承受所有的EOS 沖擊的瞬態(tài)能量就需要選擇比較昂貴的大功率TVS 管，這往往是產(chǎn)品工程師所不愿意的。如果因?yàn)槌杀締栴}選擇相對較小功率的TVS 管后，在實(shí)際的應(yīng)用中有較大能量的EOS 沖擊，可能會減弱、甚至損壞TVS管的保護(hù)功能。如果TVS 管損壞，那后續(xù)的EOS 將直接對LED 形成沖擊，導(dǎo)致LED 的受損。另外，TVS 管的箝位電壓的精度也會直接影響到EOS 沖擊對后續(xù)LED 的作用，因?yàn)榧釉贚ED 兩端的電壓增加都會立刻表現(xiàn)為流經(jīng)LED 的電流增大。

另外還有一種方案，就是使用TE 公司的PolyZen 系列元器件，該起降能夠有效的減輕EOS 侵?jǐn)_，提高產(chǎn)品的可靠性。TE公司電路保護(hù)部的PolyZen 產(chǎn)品是獨(dú)立的表面貼裝器件，它集成了一個可供選擇齊納電壓(Vz)的精密齊納二極管，以及一個PolySwitch 聚合物正溫度系數(shù)(PPTC)器件，產(chǎn)品原理圖如圖1所示。PolyZen系列適用于空間狹小的薄型緊湊型環(huán)境，它使用了具有熱保護(hù)功能的齊納二極管，以幫助保護(hù)電子產(chǎn)品避免電壓瞬變、反向偏置和錯誤的電源使用造成的失效。如圖2,Polyzen 產(chǎn)品的典型應(yīng)用框圖，在故障狀態(tài)時，精密齊納二極管能快速有效的鉗位電壓并分流故障電流，而PolySwitch PPTC 組件則可以繼而快速的關(guān)斷過大的電流，從而幫助保護(hù)齊納二極管和下游電子組件。

圖1:PolyZen 產(chǎn)品原理圖

圖2:PolyZen 產(chǎn)品的典型應(yīng)用

PolyZen 產(chǎn)品的典型故障響應(yīng)如圖3 所示，圖例中選用的是一個集成了5.6V齊納電壓的PolyZen 器件，在24V 過壓條件(Vin)下，系統(tǒng)有10A 的故障電流(Iflt)通過，PolyZen 器件中的精密齊納二極管能夠快速的將輸出電壓(Vout)鉗位在5.6V 附近，保護(hù)了負(fù)載電路，同時器件中的PPTC 能夠快速的動作截斷電流，持續(xù)長久保護(hù)齊納二極管與整個電路。

圖 3:PolyZen產(chǎn)品的典型故障響應(yīng)

將PolyZen產(chǎn)品用于LED 的EOS 保護(hù)電路中時，不僅能快速將EOS 的瞬態(tài)電壓箝位到安全電壓以下，并且當(dāng)EOS 沖擊的能量較大時，PolyZen 器件內(nèi)部的齊納二極管會促使PPTC 動作，保護(hù)齊納二極管本身以及后續(xù)電路。而且在有些不能因?yàn)楣收隙笔д彰鞯腖ED 照明系統(tǒng)中，PPTC 更優(yōu)于其他過流保護(hù)器件，因?yàn)镻PTC 在保護(hù)狀態(tài)下依然能使LED 發(fā)光而不損壞LED,且集成在PolyZen 器件內(nèi)部的齊納二極管的箝位電壓精度非常高，能準(zhǔn)確的將電壓箝位在安全范圍內(nèi)。因此相對于TVS 管的EOS 保護(hù)方案，PolyZen 器件具有更多優(yōu)勢。

PolyZen 系列元器件是具有纖薄外形的集成式過壓和過流保護(hù)器件，具有強(qiáng)大的電路保護(hù)功能，以幫助保護(hù)敏感的電子產(chǎn)品，避免因?yàn)檫^壓和過流失效而導(dǎo)致的代價昂貴的產(chǎn)品返修和質(zhì)保問題。PolyZen 系列產(chǎn)品為電路板設(shè)計人員提供了方便的過壓過流保護(hù)器件，讓他們不再需要花費(fèi)大量的時間去集成并測試低效的分立器件及較昂貴的IC 解決方案。 如今PolyZen 系列產(chǎn)品已經(jīng)有豐富的齊納二極管與PPTC 集成組合方便實(shí)際應(yīng)用選擇。其小尺寸，獨(dú)立貼裝，多功能保護(hù)已經(jīng)成為過流過壓保護(hù)應(yīng)用中一種具備顯著性能與價格優(yōu)勢的創(chuàng)新型解決方案，超越了使用熔斷器、齊納二極管和其它無源組件的分立式解決方案。