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1、小功率LED驱动器中的电路保护引言随着全球范畴能源的紧缺，以及对环保的日渐注重，各个国家都提出了节能环保的目的，绿色照明已经成为各个国家的共识。，日本政府将全面禁用白炽灯，中国台湾地区也宣布，截至底全面禁用高能耗的白炽灯泡。美国也将会从开始，禁售大多数白炽灯泡，并开始逐渐裁减40W、60W及以上功率的白炽灯泡。由于LED照明具有高节能以及绿色环保等明显长处，并且LED灯的寿命可以长达10万小时，因此对于照明领域，LED照明已经成为不可逆转的趋势。针对LED灯的超长寿命，驱动电路的可靠性也日渐重要，本文简介选择正保证险丝的一般流程，并通过实例探讨小功率LED驱动器中的电路保护问题。选择正保证险丝
2、的一般流程保险丝在电路中重要有三项基本功能，即保护功能，承载功能和安全功能。一般选择保险丝需要注意如下十大要素：1.额定电流；2.额定电压；3.工作温度；4.电压降 / 冷电阻；5.熔断特性: 时间-电流特性和过载能力；6.分断能力；7.熔化热能值；8.耐久性（寿命）；9.构造特性：外形/ 尺寸和安装形式；10.安规认证概括来讲选择对的的保险丝应当具有合适的熔断特性和额定电流；足够而合理的抗浪涌能力；合适的分断能力、额定电压和安全认证，同步还要协调好保护性能和耐浪涌能力之间的关系。保险丝从熔断性能可分为快熔断型和慢熔断型两种，快熔断型保险丝一般合用于没有或很小浪涌的阻性电路或敏感器件的保护，慢
3、熔断型保险丝则一般合用于开关电源或者热插拔时有浪涌电流的容性或感性电路。TE Connectivity 2410SFV系列保险丝则是抗浪涌能力较大的中空型表面贴装保险丝，它可应用在高电压有较大浪涌脉冲的电路保护中。目前工程师在选择保险丝时，都会选择抗浪涌能力大的，即I2t值大的保险丝，其实这是个误区，选择对的的保险丝不是电流值越大越好，也不是I2t值越大越好，并不能简朴根据慢断还是快断保险丝来选择，而是根据实际的I2t来选择合适自己应用的保险丝。图1为选择正保证险丝的一般流程图。图2为计算浪涌电流I2t值常用的波形和公式。图1 保险丝选择流程图由此可见，选择保险丝不仅要考虑电流折减和最高工作环
4、境温度，并且还必须需要考虑接通电源所导致的电流浪涌，然后在稳态电流计算值和瞬态电流计算值之间取较大者。图2 浪涌电流I2t值常用波形和公式小功率LED照明中保险丝选择实例虽然目前LED的寿命可以长达10万小时，但是LED的高结温会很大限度影响LED寿命，在LED照明设计中，LED目前的转换效率仍为两成左右，即有高达八成的电能会转换成热能。LED的温度对光通量与波长都会有一定的影响，但更重要的是温度对LED自身寿命的影响，LED温度越高其寿命会越短。因此散热问题仍旧是LED照明面临的一项重要挑战。目前各大厂家采用的解决方案是用铝基板来为LED散热，由于铝的导热系数很高，可以有效将内部热量导出。一
5、般，在设计散热器时，散热片表面积越大，散热性能越好。在散热器尺寸有限的状况下，加大散热器沟道深度是增长表面积的有效措施。但随着散热器沟道深度的增长，LED电源驱动板的内部安装空间会相应减少。这将驱使LED球泡灯的电源驱动板朝小型化方向发展，这就规定元器件都能小型化，最佳能采用贴片封装的器件。在TE Connectivity 2410SFV系列保险丝问世之前，在LED驱动电路电源输入端的保险丝重要采用玻璃管保险丝、小黑豆保险丝或者Micro型保险丝，她们的共同特性都是插件形状，占用PCB空间大，用玻璃管保险丝有时还需要加配热缩套管，这样装配成本就会大大增长。但是在TE Connectivity
6、2410SFV系列保险丝问世之后，如果在电源输入端采用贴片型高压保险丝, 就可以明显减少驱动电路PCB空间。通过实验证明，在相似的LED驱动电路板上，相比老式的玻璃管保险丝或者小黑豆保险丝，采用TE Connectivity 2410SFV保险丝会节省最高达80%的空间。一般LED驱动电路板都会做成单面PCB，但是同步会用到插件和表贴的器件，因此有时候LED照明厂家也会用波峰焊来完毕所有的焊接，这样保险丝就要承受高温而不能脱落端帽，由于TE Connectivity 2410SFV系列保险丝是采用FR4 PCB玻璃纤维强化环氧树脂为基体的特殊工艺, 以PCB上的铜箔为端子架构, 再经电镀解决来
7、完毕整个流程，这样有效避免了端子头脱落的风险。因此TE Connectivity 2410SFV系列保险丝满足LED照明小型化的规定，并且通过UL安规认证，也满足LED的特殊工艺规定。图3是一典型的LED驱动电路图，采用Flyback电路构造。图中F1是用于过流保护的保险丝，R1是用于克制浪涌电流的NTC，NTC的参数可以按照具体应用来拟定，C5是用于交流转成直流以及储能的电解电容。浪涌电流的大小受图3中电解电容值的大小、材质，以及与否采用PFC方案来决定。一般，电解电容的容值越大，浪涌电流也会越大，电解电容的材质越差，浪涌电流就会越大，如果LED驱动方案采用PFC方案（涉及有源和无源PFC）
8、，浪涌电流值就会相应减小，反之亦然。图3 典型的LED驱动电路图由于LED照明的特殊性，它的输入功率很小导致它的稳态工作电流也非常小，在选择保险丝时重要考虑的因素是脉冲环境下浪涌电流的影响。图4为上例中LED驱动器浪涌电流测试图，图中的浪涌电流峰值为22A，波长时间为152s，通过和图2对比，可知此测试波形和图2中第4个波形最为相似，就运用它的计算公式：I2t=1/2Ip2t=0.5*22*22*0.152*ms=0.037A2Sec，再运用图1中应用脉冲循环折减系数、温度折减系数以及整个电路系统差别折减系数(这些折减系数可以参见TE Connectivity 2410SFV系列保险丝规格阐明
9、书)，最后得到I2t为0.166 A2Sec，从表1可见2410SFV0.75FM/125的I2t就不小于0.166 A2Sec，因此2410SFV0.75FM/125规格以上的保险丝就能满足浪涌电流I2t的规定。图4 LED驱动器浪涌电流测试图虽然上面已经得到了保险丝的型号，但是对于LED照明电源，对于保险丝的选择还要遵循雷击测试原则，具体可以参照IEC61547/EN61547，测试原则参数见图5。由于小功率LED灯具一般都能满足25W如下的规定，因此line to line的测试原则是0.5kv，测试波形为1.2/50s，即差模测试原则为1.2/50s 0.5kv。line to gro
10、und的测试原则是1.0kv，测试波形为1.2/50s，即共模测试原则为1.2/50s 1.0kv，此外对于差模和共模信号，都规定在不同的相位角（0度、90度、180度和270度）各打正负5次。TE Connectivity 2410SFV系列保险丝最大可以承受1kV的雷击级别，因此完全满足IEC61547/EN61547有关小功率LED灯的雷击测试规定。综上所述，对于图3的LED照明灯保险丝选型，如果需通过1kV的雷击级别，那么最后选择2410SFV2.00FM/125就能满足所有有关稳态、瞬态以及雷击级别的规定。图5 LED照明雷击测试原则TE Connectivity公司2410SFV保
11、险丝TE Connectivity提供型号齐全的表面贴装SMD封装保险丝。其近来推出的全新2410SFV表面贴装保险丝，是一款采用完全创新的工艺技术制造的表面贴装小型熔断器。图6是TE Connectivity 2410SFV保险丝的外形图。图6 TE Connectivity 2410SFV保险丝的外形图TE Connectivity 2410SFV系列保险丝作为WIA（Wire-in-Air）保险丝，它采用的是直线式配备，采用超薄 (6.12.5mm)2410 SMD封装，温度范畴从-55到125，电压从65V交直流到最大250V交流，电流从0.5A到最大20A，可以提供直流电源和交流电源
12、系统的过电流保护。TE Connectivity 2410SFV系列保险丝还提供从0.0034到0.231 的标称冷态电阻值（DCR）和从50A到300A的高分断电流。对于220V交流输入的应用，2410SFV目前支持的最大电流可以达到2A。表1是TE Connectivity公司的 2410SFV系列保险丝参数表。表1: TE Connectivity 2410SFV系列保险丝参数表TE Connectivity 2410SFV系列保险丝，它的熔丝通过特殊的设计，熔丝是挺直悬空在中空腔内，这样能避免熔体碰壁影响散热条件，从而提高产品性能一致性，并且熔丝架空设计提供了更低的冷态电阻。2410SFV系列保险丝所采用的玻璃纤维强化环氧树脂封装技术能最大限度的避免老式贴片保险丝端帽脱落的风险。同步TE Connectivity 2410SFV系列保险丝按照工业原则和“绿色”产品发展的趋势，能完全实现无铅化，并且符合RoHS(有害物质限制指令)原则和 UL(美国保险商实验室)的认证。更加重要的是，TE Connectivity 2410SFV系列保险丝具有高浪涌I2t容耐能力，在瞬间过载状况下的高抗浪涌电流承受能力可以最大限度地减少令人讨厌的干扰性熔断。
小功率LED驱动器中的电路保护
