LED開路保護器

LED開路保護器

近年來，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串聯的結構，用恒流供電，其結構如圖1所示。一般1W LED的工作電流為250～350mA，3W LED的工作電流為600～700mA，電流大的可達900～1000mA。

圖1 LED驅動電路

這種串聯LED的燈具有一個缺點，如果串聯的LED中有一個LED開路，則整個燈都不亮了。這對某些燈具（如警示燈、礦燈、應急燈等）的應用是十分危險的。為了防止LED開路時，LED燈還能亮，則采用LED開路保護器是十分有效的，它能保證燈具使用的安全性。

目前已開發出的1W LED開路保護器有兩種結構：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生產廠家直接將齊納二極管與LED封裝在一起，即帶有開路保護的LED也已上市。3W LED的工作電流一般取值700～1000mA，這種開路保護器由于電流較大在市上還少見。

圖2 兩種LED保護器件

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開路保護器。
　　
NUD4700的工作原理
NUD4700是一種兩端器件，其外形如圖3所示，A端為陽極，C端為陰極。其內部結構如圖2的下圖所示，它由控制電路及單向晶閘管組成。

圖3 NUD4700外形

NUD4700的典型應用電路如圖4所示。這是一個交流供電，往AC/DC 轉換器輸出直流電壓，再由NUD4701恒流LED驅動器驅動5個串聯的1W大功率LED的電路。NUD4700與LED并聯連接在一起。在LED未開路時，由于LED的正向降壓VF小于晶閘管的“開啟”電壓V(BR)，則NUD4700為“關閉狀態”。在關閉狀態時，只有小于250μA的漏電電流經過NUD4700，相當于NUD4700“開路”，不影響LED的工作。若串聯的LED中有一個（如LED2）因損壞而開路了，此時與LED2并聯的NUD4700的A、C之間電壓超過了 “啟動”電壓V(BR)（5.5～7.5V），NUD4700啟動，由關閉狀態轉為“導通狀態”。在導通狀態時， A、C之間導通電壓VT為1.0～1.2V。此時，LED的電流由LED1流經NUD4700的A、C，再流入LED3，如圖5所示。5個LED的燈僅有4個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4 NUD4700應用電路

圖5 NUD4700工作原理

從上面的分析可知：在LED正常時，器件不起作用（相當開路）；在LED損壞開路時，它起作用（相當通路），使LED的電路能形成通路而工作。
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NUD4700的主要參數
NUD4700的主要參數：峰值重復關閉狀態時電壓為-0.3～+10V；關閉狀態時的漏電流ILEAK為100～250μA；啟動電壓（也稱為“擊穿電壓”Breakdown Voltage）V(BR)為5.5～7.5V；保持電流IH為6～12mA；閉鎖電流（latching Current）IL為35～70mA；導通狀態電壓VT為1～1.2V；導通狀態時的平均電流IT(AVG)為0.376～1.3A（電流大小與焊盤面積有關：在焊盤面積為25.4mm×25.4mm時，散熱條件好，IT可達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℃。
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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關閉狀態轉換到導通狀態的波形。橢圓內是LED開路瞬間波形，此時，LED電流IF經一些波動后恢復到原來電流；與此同時，NUD4700由關閉狀態轉換到導通狀態，其電壓由VF下降到1～1.2V，其響應時間是很快的（dv/dt最小值為250V/μs）。

圖6 NUD4700工作波形圖
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SMD602的結構與工作原理
SMD602的內部結構如圖7所示，它的基本結構與NUD4700相同，但增加了一個反接的二極管，可在LED串極性接反時提供一個電流通路，由于二極管的正向壓降為1.1～1.5V，其可保護LED免受反壓擊穿（一般LED反壓擊穿電壓為5V）。

圖7 SMD602內部結構

SMD602的工作原理與NUD4700完全相同。它的正極與LED的陽極連接，負極與LED的陰極連接，如圖8所示。在LED沒有開路時，SMD602都為關閉狀態，其漏電流為100μA（典型值）。圖中橘黃色線為LED電流ILED。

圖8 SMD602工作在LED導通狀態下

若在串聯的LED中有一個開路，如圖9所示，則與此并聯的SMD602的正、負極之間電壓大于其開啟電壓4.65～5.25V，此器件由關閉狀態轉換為導通狀態，降壓為1～1.2V。LED電流經SMD602內部的晶閘管后流到下一個LED，保證其他未開路的LED正常工作。圖中用紅線X表示此LED開路。

圖9 SMD602工作在LED開路狀態下

若LED串與驅動器連接時極性接反，則有可能LED受反壓過大而損壞。由于SMD602內部有反接二極管，在LED串極性接反時，其內部的二極管極性是正確的，則LED的電流經SMD內部的二極管形成回路，LED得到保護，如圖10所示。

圖10 SMD602工作在LED反接狀態下
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SMD602主要參數與特性
SMD602的主要參數：輸入電壓VDC最大值為38V；導通狀態時最大電流IBP=500mA；反向電流IR最大值為500mA；啟動電壓V(BR)為4.65～5.25V，導通狀態時壓降VT為1～1.2V；在LED極性反接時，其壓差為1.1～1.5V；在關閉狀態時漏電流為100～150μA；維持電流IH最大值為20mA，工作溫度范圍-40～+85℃。

圖11 SMD602的特性

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