LED照明系统的电路安全保护设计

需要多种电路保护技术 - 包括金属氧化物压敏电阻（MOV），TVS二极管，LED保护器和保险丝 - 为商业LED照明系统提供过压，过流和高温电路保护。在这些技术中，保险丝是最广泛用于防止短路和过载情况的保险丝。

从历史上看，元件制造商不断缩小压敏电阻和TVS二极管的封装尺寸，以满足日益增长的小型化需求。保险丝制造商也遵循相同的趋势：缩小封装尺寸，同时保持性能特性，以帮助节省电路板空间，降低设计成本，并满足严格的浪涌抗扰度和安全要求。

推动商业LED照明市场的一个主要因素是节省成本。制造商希望保护他们的投资回报，因为在大多数情况下，LED照明系统的初始投资成本很高。另一个明显的因素是需要确保产品非常安全和高度可靠。其结果是制定了严格的安全和浪涌抗扰度要求，这两项要求可以做到两件事 - 提供高水平的安全性，同时降低维护成本。

虽然需要多种电路保护技术来为LED照明系统提供完整的抗浪涌能力和安全保护（图1），但本文将讨论最新的保护标准以及商用和户外LED照明的新保险丝产品开发。

图1：LED的保护采用协调的方法，包括保险丝，MOV和PPTC设备。 （由TE Connectivity提供。）

根据电路保护制造商的说法，由于这些应用更容易受到雷电等环境事件的影响，因此保护标准更为严格。例如，根据Littelfuse的说法，美国能源部最近建立了一个街道照明改造模型规范，许多城市和市政当局正在采用这种规范。这些浪涌抗扰度规格非常严格，并且在不久的将来可能会成为ANSI/NEMA规范，该公司再次表示。

型号规格称为IEEE C.62.41浪涌抗扰度规范和UL8750安全标准（过流保护），主要用于短路和过载。 LED灯的位置将决定适用于电涌保护的IEEE规范的类别级别及其相关的瞬态浪涌测试要求，如图2所示。

图2：LED照明的位置决定了适用于电涌保护的IEEE规范的类别级别。 （由Littelfuse，Inc。提供）

在北美，UL8750安全标准针对住宅LED灯和户外灯具组件，这需要使用过电流保护装置，或者换句话说，保险丝。在美国以外，LED照明设计必须符合IEC/EN 61347 LED驱动器规范和IEC/EN 62031用于LED阵列/模块。 IEC/EN 61547中包含浪涌抗扰度要求。这包括基于8 x20μs短路电流组合波形的不同浪涌测试级别。这些电平范围从亚洲的4 kV/2 kA到欧洲的10 kV/5 kA。

除了满足浪涌抗扰度和安全标准外，制造商关注的另一个重要领域是设计适用于高压和大电流LED照明设计的小型产品。这些器件还可在很宽的温度范围内工作。因为有各种LED照明组件设计，例如，Littelfuse提供交流保险丝，可提供各种尺寸，放大器额定值，额定电压，分断能力和安装选项。

在一个例子中，Littelfuse的807系列TE延时超小型保险丝在交流电路上提供过流保护（短路和过载）。额定电压为300 VAC，可在高故障电流下安全开启。保险丝在300 VAC时提供100 A的高中断电流和高标称熔化I²t特性（熔化熔丝元件所需的能量）。

拉丁美洲销售/市场营销部门的Littelfuse总监Usha Patel表示，807系列具有足够的固有I²t，能够以小尺寸通过B类浪涌电平，同时提供良好的短路和过载保护。

Littelfuse建议LED照明制造商对保险丝进行应用测试，以确定它们是否能够承受相关8 x20μs波形下的能量。这是因为并非所有熔丝结构都以相同的方式对浪涌作出反应，即使它们的标称I²t特性超过波形能量。

807系列提供800 mA至6.3 A的宽电流额定值。此外，测量7.5 mm的807保险丝比传统的5 x 20 mm玻璃盒保险丝具有更小的间距。可提供直接焊接或插入式版本。

Littelfuse提供各种可用于LED照明组件的AC保险丝。其中包括454系列，383系列和392系列。 Patel表示，这些产品中的每一种都提供足够的固有I²t以通过浪涌抗扰度要求，并提供强大的短路和过载保护。她补充说，它们对于LED灯等大批量应用也具有成本效益。

Patel指出，推动新产品保险丝开发的一个关键趋势是与过电压保护设备（如MOV，能量容量和成本）的协调（图3）。她说保险丝和MOV的使用需要很好地协调才能协同工作，因此保险丝不会过早打开。根据Patel的说法，I²t应足够高，以使MOV在浪涌条件下工作而不会导致保险丝打开。

图3：具有瞬态和LED的LED灯具电路浪涌能量保护装置。 （由Littelfuse Inc.提供）

有趣的是，混合设备现在正在变得可用，例如TE Connectivity的2Pro AC混合设备。这是另一篇文章的素材，但我会说新设备将可复位的PPTC设备与MOV集成在一起。 TE Circuit Protection表示，该混合设备优于典型解决方案，例如使用带保险丝的MOV，将PPTC设备和MOV彼此相邻或使用与MOV集成的温度保险丝。其优点包括使用热耦合组件，可重置性，稳定性，节省空间，减少元件数量以及更简单的交流线路保护设计流程。

TE电路保护的最新保险丝系列之一，可用于LED照明应用，是2410SFV系列，由20个AC/DC保险丝组成，额定电流为0.5至20.0 A.旨在节省高电路板空间 - 高压，高电流设计，保险丝采用超薄6.1 x 2.5 mm表面贴装封装。这些保险丝具有50 A至300 A的高中断电流。高浪涌电流承受能力可最大限度地减少瞬态过载条件下的误跳闸。据说I²t特性与任何类似的表面贴装器件一样高。

根据TE电路保护，2410SFV设计用于AC250/125 V应用，电流额定值为0.5至10A，可满足大多数LED照明规范。较小尺寸的LED照明需要尽可能小的保护装置，2410SFV的表面贴装设计允许回流焊接，同时节省控制板空间并降低装配劳动力成本。