LED的EOS防護(hù)設(shè)計(jì)

在科技高度發(fā)展的今天，電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代越來(lái)越快，LED燈的技術(shù)也在不斷發(fā)展，為我們的城市裝飾得五顏六色。隨著LED技術(shù)的日趨成熟，LED照明的使用越來(lái)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。但是如何有效的延長(zhǎng)LED的使用壽命，也許很多人都并不是特別清楚。

EOS是Electrical Over Stress的縮寫(xiě)，指所有的過(guò)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(guò)該元器件最大的設(shè)計(jì)規(guī)范要求時(shí)，該元器件便會(huì)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(shí)能夠直接擊壞器件造成失效，而有時(shí)失效則可能在EOS發(fā)生一段時(shí)間后才發(fā)生。電源輸出質(zhì)量的不穩(wěn)定，各種過(guò)電壓過(guò)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(shí)間的過(guò)負(fù)荷，在短時(shí)間內(nèi)(一般在一秒鐘內(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(guò)了LED的設(shè)計(jì)額定值，從而損傷LED器件。

簡(jiǎn)單介紹了LED的EOS問(wèn)題后，來(lái)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(wèn)題時(shí)往往偏向于使用TVS穩(wěn)壓管來(lái)進(jìn)行保護(hù)，但是在選擇TVS管的時(shí)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。那時(shí)如果因?yàn)槌杀締?wèn)題選擇相對(duì)較小功率的TVS管后，在實(shí)際的應(yīng)用中如果有較大能量的EOS沖擊，可能會(huì)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(duì)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(huì)直接影響到EOS沖擊對(duì)后續(xù)LED的作用，因?yàn)榧釉贚ED兩端的電壓增加都會(huì)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(gè)可供選擇齊納電壓(Vz)的精密齊納二極管，以及一個(gè)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(cuò)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(shí)，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(guò)大的電流，從而幫助保護(hù)齊納二極管和下游電子組件。

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(gè)集成了5.6V齊納電壓的PolyZen器件，在24V過(guò)壓條件(Vin)下，系統(tǒng)有10A的故障電流(Iflt)通過(guò)，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(shí)器件中的PPTC能夠快速的動(dòng)作截?cái)嚯娏?，持續(xù)長(zhǎng)久保護(hù)齊納二極管與整個(gè)電路。

將PolyZende的產(chǎn)品用于LED的EOS保護(hù)電路中時(shí)，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(shí)，PolyZen器件內(nèi)部的齊納二極管會(huì)促使PPTC動(dòng)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(guò)流保護(hù)的器件，因?yàn)镻PTC在保護(hù)狀態(tài)下依然能使LED發(fā)光，但是又不損壞LED。而且集成在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(duì)于TVS管的EOS保護(hù)方案，PolyZen器件具有更多的優(yōu)勢(shì)。

PolyZen系列元器件是具有纖薄外形的集成式過(guò)壓和過(guò)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^(guò)壓和過(guò)流失效而導(dǎo)致的代價(jià)昂貴的產(chǎn)品返修和質(zhì)保問(wèn)題。PolyZen系列產(chǎn)品為電路板設(shè)計(jì)人員提供了方便的過(guò)壓過(guò)流保護(hù)器件，讓他們不再需要花費(fèi)大量的時(shí)間去集成并測(cè)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(guò)流過(guò)壓保護(hù)應(yīng)用中一種具備顯著性能與價(jià)格優(yōu)勢(shì)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(wú)源組件的分立式解決方案。相信在未來(lái)的科學(xué)技術(shù)更加發(fā)達(dá)的時(shí)候，LED會(huì)以更加多種類的方式為我們的生活帶來(lái)更大的方便，這就需要我們的科研人員更加努力學(xué)習(xí)知識(shí)，這樣才能為科技的發(fā)展貢獻(xiàn)自己的力量。