室內(nèi) LED 燈泡開(kāi)發(fā)出來(lái)以來(lái)，其設(shè)計(jì)人員就面臨著各種技術(shù)挑戰(zhàn)。其中包括交流到直流電源轉(zhuǎn)換、熱設(shè)計(jì)/散熱、當(dāng)前燈泡尺寸所施加的物理空間限制、電氣瞬變——所有這些都是驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生光的 LED 的基本挑戰(zhàn)。其中最重要的挑戰(zhàn)之一是為 LED 以及電路中 LED 上游的所有有源和無(wú)源組件提供瞬態(tài)保護(hù)。這些瞬變通常是交流輸入上雷電感應(yīng)浪涌的結(jié)果。這些威脅意味著 LED 燈泡需要過(guò)流和過(guò)壓保護(hù)。
    對(duì)附加功能和更高光輸出的需求不斷增長(zhǎng)，增加了必須放置在 LED 板上的組件數(shù)量。更高的光輸出需要更大的散熱器來(lái)散發(fā)更高功率 LED 產(chǎn)生的熱量。由于 LED 燈泡的外形尺寸旨在與當(dāng)前的白熾燈和 CFL 燈泡（例如通常用于家用燈的流行 A19 燈泡）兼容，因此它們包含一個(gè) AC/DC 電源電路，因此可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)燈泡插座運(yùn)行（圖1）。任何直接連接到交流電源的設(shè)備都可能因燈泡內(nèi)部組件和/或電路故障引起的短路和過(guò)載情況而損壞。此外，
     圖 1：典型住宅 LED 燈的構(gòu)造。
    圖 2：具有瞬態(tài)和浪涌能量保護(hù)器件的典型 LED 燈具驅(qū)動(dòng)電路。
    基于 LED 的燈泡包括圖 2 所示的基本電路塊（從右到左）：
    多個(gè)單芯片 LED 以電氣方式串聯(lián)配置，稱為 LED 燈串。多個(gè)串通常并聯(lián)連接并由公共電源驅(qū)動(dòng)。
    LED燈串驅(qū)動(dòng)電路，以及相應(yīng)的用于LED燈串保護(hù)的控制器電路，包括用于過(guò)流保護(hù)(OCP)的串聯(lián)正溫度系數(shù)(PTC)電阻和用于過(guò)壓保護(hù)(OVP)的并聯(lián)TVS二極管。
    DC-DC 轉(zhuǎn)換器電路，其輸入端包含一個(gè)并聯(lián) TVS 二極管，作為下游組件的次級(jí) OVP。
    線路整流器電路，其中包括輸出端的串聯(lián)高壓直流熔斷器，用于下游組件的次級(jí) OCP。
    EMI濾波器元件。
    交流輸入電路，由線路串聯(lián)交流熔斷器和火線與中性點(diǎn)并聯(lián)MOV組成。
    交流輸入電路交流熔斷器是燈泡的初級(jí)過(guò)流保護(hù)器件。當(dāng)正確選擇所有所需的設(shè)計(jì)參數(shù)時(shí)，該保險(xiǎn)絲將通過(guò)安全地?cái)嚅_(kāi)所有電路與交流線路輸入的連接，充分保護(hù)所有下游組件免受感應(yīng)瞬變和短路/過(guò)載條件造成的電氣過(guò)應(yīng)力 (EOS) 損壞。
    鑒于與基于 LED 的燈泡設(shè)計(jì)相關(guān)的狹小空間限制，為交流輸入選擇高度緊湊的交流保險(xiǎn)絲至關(guān)重要。保險(xiǎn)絲的功能是通過(guò)在電流過(guò)載條件下可靠且可預(yù)測(cè)地熔化來(lái)為組件和完整電路提供保護(hù)。換句話說(shuō)，保險(xiǎn)絲是電路中的薄弱環(huán)節(jié)。與交流線路輸入串聯(lián)的交流保險(xiǎn)絲將提供短路和過(guò)載保護(hù)。如今，交流熔斷器具有最小的外形尺寸，并具有多種額定電流和額定電壓可供選擇。還提供一系列附加關(guān)鍵保險(xiǎn)絲參數(shù)和表面貼裝設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)工程師能夠選擇能夠滿足所有應(yīng)用要求的組件。
    需要具有足夠 I2T 額定值的交流保險(xiǎn)絲才能通過(guò)根據(jù) IEEE C.62.41 的能源之星環(huán)波測(cè)試。標(biāo)稱熔化 I2T 額定值以安培平方秒 (A2sec) 為單位測(cè)量，指定熔化熔斷元件所需的能量。通常，根據(jù)標(biāo)稱熔化 I2t 選擇熔斷器適用于熔斷器必須承受短持續(xù)時(shí)間的大電流脈沖的應(yīng)用。LED照明應(yīng)用的浪涌抗擾度測(cè)試需要符合8×20μs組合波形。不同的熔斷器結(jié)構(gòu)對(duì)浪涌的反應(yīng)可能不同，即使它們的標(biāo)稱熔斷 I2t 額定值超過(guò)了波形能量的額定值。例如，電涌脈沖產(chǎn)生的熱循環(huán)可能導(dǎo)致保險(xiǎn)絲機(jī)械疲勞并縮短其壽命。
    LED 燈泡的主要過(guò)壓保護(hù)器件是交流輸入電路金屬氧化物壓敏電阻 (MOV)。當(dāng)正確選擇所有所需的設(shè)計(jì)參數(shù)時(shí)，它將通過(guò)鉗制短時(shí)電壓脈沖來(lái)保護(hù)所有下游組件免受感應(yīng)瞬變和環(huán)波效應(yīng)造成的電氣過(guò)應(yīng)力 (EOS) 損壞。MOV 提供了一種經(jīng)濟(jì)有效的方法來(lái)最大限度地減少瞬態(tài)能量，否則瞬態(tài)能量可能會(huì)進(jìn)入下游組件。正確的 MOV 選擇基于許多電氣參數(shù)，包括額定電壓、峰值脈沖電流、額定能量、圓盤尺寸和引線配置。
    LED 燈泡的設(shè)計(jì)者需要考慮各種重要問(wèn)題，以便選擇合適的交流輸入電路交流保險(xiǎn)絲：
    第一步是找到有關(guān)應(yīng)用程序的許多技術(shù)問(wèn)題的答案。在過(guò)去，理解并回答這些問(wèn)題，然后搜索元件數(shù)據(jù)表以便為應(yīng)用選擇正確的保險(xiǎn)絲可能是一項(xiàng)非常令人困惑且耗時(shí)的工作。這些問(wèn)題包括燈泡的正常工作電流、應(yīng)用電壓、環(huán)境溫度、過(guò)載電流水平和保險(xiǎn)絲必須斷開(kāi)的時(shí)間長(zhǎng)度、最大允許故障電流以及脈沖、浪涌電流、浪涌電流、啟動(dòng)電流和電路瞬變， ETC。
    這些問(wèn)題的完整列表以及尋找答案的指南可在免費(fèi)的 Fuseology 選擇指南中找到：Littelfuse 的保險(xiǎn)絲特性、術(shù)語(yǔ)和考慮因素。
    Littelfuse 還提供 iDesign 保險(xiǎn)絲選擇工具，這是一款基于 Fuseology 選擇指南的強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)工具。它旨在幫助電路設(shè)計(jì)人員確定適合其項(xiàng)目的最佳電子保險(xiǎn)絲。iDesign 工具提供了一種快速、直觀的方法來(lái)識(shí)別應(yīng)用程序的最佳組件、查找零件文檔以及訂購(gòu)零件樣品以進(jìn)行原型設(shè)計(jì)。它引導(dǎo)設(shè)計(jì)人員完成保險(xiǎn)絲選擇過(guò)程，根據(jù)提供的輸入快速縮小可用選項(xiàng)的范圍。
    在設(shè)計(jì)過(guò)程的早期了解燈泡將銷往哪個(gè)或哪些市場(chǎng)至關(guān)重要。根據(jù)燈泡是否打算在美國(guó)、北美其他地方、歐洲、亞洲或其他地方使用，不同的標(biāo)準(zhǔn)將管理設(shè)計(jì)和測(cè)試要求。請(qǐng)參閱“您的 LED 燈泡能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)嗎？” 獲取有關(guān)根據(jù)地理位置確定燈泡所需的機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)和認(rèn)證的指導(dǎo)。
    確定可能影響可用保險(xiǎn)絲的尺寸限制。保險(xiǎn)絲可以使用多種方法封裝，但表面貼裝設(shè)計(jì)是 LED 照明應(yīng)用最常見(jiàn)的外形尺寸。對(duì)于電路設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)幸運(yùn)的是，現(xiàn)在可以使用更小尺寸的保險(xiǎn)絲來(lái)保護(hù)交流輸入，其中一些保險(xiǎn)絲的尺寸僅為以前可用的最小保險(xiǎn)絲的一半。
    電流通過(guò)保險(xiǎn)絲所產(chǎn)生的保險(xiǎn)絲溫度隨著環(huán)境溫度的變化而升高或降低。請(qǐng)注意，顧名思義，保險(xiǎn)絲的“環(huán)境溫度”與“室溫”不同。相反，環(huán)境溫度是保險(xiǎn)絲周圍空氣的溫度，通常比室溫高得多，因?yàn)楸ｋU(xiǎn)絲可能被封閉（例如在保險(xiǎn)絲座中）或安裝在 LED 板上的發(fā)熱組件附近。對(duì)于 25oC 左右的環(huán)境溫度，通常建議熔斷器的工作電流不超過(guò)其標(biāo)稱額定電流的 75%。保險(xiǎn)絲本質(zhì)上是對(duì)溫度敏感的器件，因此即使溫度的微小變化也會(huì)極大地影響保險(xiǎn)絲在加載到其標(biāo)稱值時(shí)的預(yù)計(jì)壽命，
    確定應(yīng)用所需的分?jǐn)嗄芰Α＿@也可以稱為中斷額定值或短路額定值（I 2 t 值）。這是保險(xiǎn)絲在額定電壓下可以安全中斷的最大允許電流。在故障或短路情況下，熔斷器可能會(huì)接收到比其正常工作電流大許多倍的瞬時(shí)過(guò)載電流。安全操作要求保險(xiǎn)絲保持完好（無(wú)爆炸或本體破裂）并清除電路。
    請(qǐng)務(wù)必在生產(chǎn)前留出足夠的時(shí)間進(jìn)行徹底的應(yīng)用測(cè)試和驗(yàn)證。如果初始設(shè)計(jì)未通過(guò)任何這些測(cè)試，請(qǐng)確保時(shí)間表中有足夠的余地來(lái)修改設(shè)計(jì)和重新測(cè)試。
    最后，設(shè)計(jì)人員必須協(xié)調(diào)保險(xiǎn)絲與下游 OVP 和 LED 燈串驅(qū)動(dòng)電路。在 LED 燈泡設(shè)計(jì)過(guò)程之初就必須考慮瞬態(tài)抑制。所選保險(xiǎn)絲必須能夠承受指定水平的瞬態(tài)能量，以便 LED 燈串驅(qū)動(dòng)電路的功能不會(huì)受到不利影響。交流輸入電路保險(xiǎn)絲和 MOV 在正確協(xié)調(diào)后可提供瞬態(tài)保護(hù)解決方案，無(wú)需保險(xiǎn)絲斷開(kāi)即可實(shí)現(xiàn)所需的過(guò)壓鉗位功能，同時(shí)安全地保護(hù)下游電路，最大限度地減少對(duì) LED 燈串驅(qū)動(dòng)器電路的干擾，包括 LED 燈串本身。
    然而，在某些情況下，特定的 LED 燈泡工作電路無(wú)法承受所需的瞬態(tài)事件級(jí)別。在這些情況下，添加次級(jí) TVS 二極管進(jìn)行過(guò)壓保護(hù)（如前面有關(guān) DC-DC 轉(zhuǎn)換器模塊的部分所述）是一種行之有效的解決方案，可進(jìn)一步限制 MOV 的“允許通過(guò)”能量。對(duì)于最極端的情況，甚至還有一個(gè)額外的 OCP 器件（線路整流器塊輸出中的高壓直流熔斷器，如圖 2 中心所示）和 LED 燈串 OCP 器件（與 LED 燈串串聯(lián)的 PTC）， OVP（與 LED 串并聯(lián)的 TVS 二極管）和開(kāi)路 LED 保護(hù)（單個(gè) LED 與并聯(lián)的 PLED），以提供更強(qiáng)大的電路保護(hù)。
    保險(xiǎn)絲與過(guò)壓保護(hù)和 LED 驅(qū)動(dòng)器的配合
    瞬態(tài)電壓抑制必須成為初始設(shè)計(jì)過(guò)程的一部分；所選擇的器件必須在足夠低的電壓下耗散瞬態(tài)脈沖能量，以便驅(qū)動(dòng)電路的功能不受影響。
    TVS 二極管是最常用的抑制器件類型之一。TVS 二極管專門設(shè)計(jì)用于保護(hù)電子電路免受瞬態(tài)過(guò)壓事件的影響。作為硅雪崩器件，它具有單向和雙向配置。在單向版本中，指定的鉗位特性僅在一個(gè)方向上明顯，而另一方向則表現(xiàn)出與傳統(tǒng)整流二極管類似的正向電壓 (VF) 特性。LED 照明電源（驅(qū)動(dòng)器）通常需要在其電路中的一個(gè)或多個(gè)位置安裝 TVS 二極管。
    瞬態(tài)的破壞性潛力由其峰值電壓、后續(xù)電流和電流持續(xù)時(shí)間定義。當(dāng)瞬態(tài)抑制器用于保護(hù)驅(qū)動(dòng)器 IC 和 LED 等敏感元件時(shí)，其開(kāi)始工作所需的時(shí)間極其重要。如果抑制器動(dòng)作緩慢并且系統(tǒng)上出現(xiàn)快速上升的瞬態(tài)尖峰，則受保護(hù)負(fù)載上的電壓可能會(huì)在抑制開(kāi)始之前上升到破壞性水平。
    選擇 TVS 二極管時(shí)，必須考慮幾個(gè)重要參數(shù)：
    反向斷態(tài)電壓 (V R )。 其中最重要的是VR，它應(yīng)等于或大于受保護(hù)電路（或電路的一部分）的峰值工作電平。這將確保 TVS 不會(huì)削波電路驅(qū)動(dòng)電壓。
    峰值脈沖電流 (I PP )。I PP是 TVS 在不損壞的情況下可以承受的最大電流，通常參考指數(shù)波形（例如 10×1000μs）來(lái)表示。所需的 IPP 只能通過(guò)峰值瞬態(tài)電壓除以源阻抗來(lái)確定。
    最大鉗位電壓 (V C )。V C是當(dāng)承受峰值脈沖電流 ( IPP )時(shí) TVS 器件上出現(xiàn)的峰值電壓，基于參考指數(shù)波形。
    TVS 二極管的失效機(jī)制是短路。因此，如果 TVS 二極管因瞬變而失效，其所在的電路仍將受到保護(hù)。