LED灯泡电源和控制电路设计

住宅LED灯泡的安全性和可靠性保护LED灯泡是一种采用并联配置的半导体发光二极管的固态灯。此外，这种灯具还包括电源转换电子器件（直流/交流）、LED的驱动芯片、用于热控的散热片和优化灯光质量的光学器件。由于LED灯泡需要在外形因素上做到与目前的白炽灯和卤素灯泡兼容，因此它们将具有一个直流/交流电路以使它们能够用于标准的灯泡“插座”.

直接连接到交流电源（如120/250VACrms）的设备可能会因灯泡内部元件或电路故障导致的短路和过载情况而损坏。除此之外，雷击浪涌或负荷开关瞬变（产生于灯泡外部）能够造成电压尖峰或环形波，给元件造成压力并最终导致损坏，从而使灯泡报废。鉴于LED灯泡的价值定位不仅仅是降低能源消耗，还有更长的使用寿命，在消除因电气环境促使的现场故障中考虑瞬态电压保护将是至关紧要的。而且，LED对高温极为敏感，应不得超过85℃。将LED和LED驱动板的温度控制在这个水平之下对于它们的使用寿命来说极为重要。

LittELfuse可以提供完善的交流线路接口保护，以及在直流端的瞬态保护。LED灯泡电源和控制电路内部的不同元件和系统的概况，请参见图1.

图1:LED驱动器输入线路协同交流线路保护建议。

如图1所示，与线路串联的一个Littelfuse交流保险丝能够提供在短路和过载条件下的安全保护。它们在外形因素、电流额定值、额定电压、断流容量和安装选项上有广泛的选择范围，为设计工程师在设计上提供了灵活性。

在整个电源输入上的金属氧化物压敏电阻（MOV）提供过压钳位保护。它们的性价比高，且能最大程度地减少可能通入下游电子器件的瞬态电能。金属氧化物压敏电阻的选择基于一系列参数，包括额定电压、峰值脉冲电流、器件尺寸和导线配置。Littelfuse提供的压敏电阻其器件直径小至5毫米以及表面贴装CH系列，这使得它们可以在空间受限的LED灯泡的供电部位使用。

MOV和保险丝需要形成一种协调的解决方案，以至于熔断保险丝元件所需的电能（也称为“i2t”值）足够高，能在浪涌电压条件下允许MOV起作用，而不会使保险丝跳闸。换句话说，在浪涌电能钳制和耗散的条件下，保险丝不应打开。它只应在过载或短路情况发生时跳闸。

即使在交流输入中具有压敏电阻，也有电路在浪涌事件中不能幸免的实例。在这些情况下，可以在倒相极的输入电路添加一个TVS二极管。再次参考图1,这个TVS二极管针对瞬变提供了二级保护。从压敏电阻上“允许通过”的电能将被这个TVS二极管进一步减少到不会使电路失效的水平。

在外形因素、空间限制、电气参数和成本方面，Littelfuse提供的保险丝、金属氧化物压敏电阻和TVS二极管可有多种选择。

Littelfuse的保险丝、金属氧化物压敏电阻和TVS二极管在帮助电灯制造商通过一些重要的法规和安全标准上起着关键作用。在为一些室内商业照明，以及道路、停车场和车库照明建立统一的性能和安全标准上，美国正起着带头作用。美国环保署（EPA）的能源之星浪涌规范适用于PAR30/PAR38/A-19/MR16/烛台灯/G球形灯/R反射型LED灯。下文论及了这些规范。

●对于整体LED灯的能源之星程序要求（适用于美国）*参考ANSI/IEEE C.62.41-1991,A类操作（83A）。

*对于共模和差模，线路瞬变应包含7次100kHz环形波、2.5kV级的击打。

●IEC 61547普通照明用设备--电磁兼容抗扰度要求（适用于欧洲、亚洲和加拿大）*参考IEC61000-4-5浪涌抗扰度测试。

*波形：1.2x50电压/8x20电流组合；2Ω阻抗；10次冲击。

*对于低于25瓦的灯具：500V/250A;线到线。

*对于大于25瓦的灯具：1000V/500A;线到线。

图2:美国能源部（DOE）关于浪涌测试的要求。

通常，工程师在鉴定过程中想要对他们的应用和保护方案进行测试。对于缺少内部浪涌测试设备的，Littelfuse的实验室设施可供使用以验证他们的应用设计。这种测试可以尽可能地在早期发现问题，并得到及时纠正以避免任何现场问题的发生。

LED道路和停车场照明的安全性和可靠性保护

在为一些室内商业照明，以及道路、停车场和车库照明建立统一的性能和安全标准上，美国正起着带头作用。美国能源部（DOE）的市政固态路灯联盟已经发布了一项关于所有城市和直辖市使用的LED道路灯具的模板规范，详细列出了性能、安全性和浪涌抗扰度的规范。这些城市和直辖市所进行的更换和改造努力将需要大量的初始资本的前期投资。目前，LED灯具的成本几乎是现阶段高压钠灯的一倍。然而，他们的使用寿命预计将近100,000小时，这又几乎是高压钠灯的4倍。美国能源部的目标是通过建立强有力的安全性和浪涌标准以保护这些城市所做的LED灯具投资，以使得这些灯具可以在无任何维护的情况下至少维持5年时间。

在交流电源电路中低压（1000V或更低）浪涌的特性描述上，美国能源部的要求和IEEE C.62.41-2002和IEEE的推荐实施规程是类似的，只有一些小的差异。类别对应的是LED灯具的物理位置，是置于室内还是室外。例如归于类别C（高或低）中的户外灯具更容易受到雷击，因此要进行最为严格的浪涌抗扰度测试。下面按类别对这些的相关测试做了总结。

设计工程师慎重选择电路保护元件对于通过美国能源部建议的浪涌抗扰度波形测试来说尤为重要。由脉冲（如：6kV/3kA）产生的以A2s衡量的浪涌能量（i2t）是一个关键的参数。所考虑的保险丝脉冲周期承受能力以及其熔断能量（i2t）应与波形的浪涌能量进行协调。金属氧化物压敏电阻的选择也应基于浪涌电流（如：3kA）、抗重复浪涌能力、额定电压和钳位电压。

Littelfuse致力于通过提供用于所有浪涌水平的强劲的过电流和过电压协同保护方案来协助LED照明制造商符合或超过这些规范的要求。Littelfuse在建议元件上进行了大量的测试，且在大多数情况下执行比上述规范所要求的更为严格的标准。Littelfuse的保险丝、金属氧化物压敏电阻、TVS二极管和其他解决方案符合所要求的测试标准，并将提高整体照明灯具的可靠性。

企业的LED照明市场采用率预计将在未来几年里全球范围内飙升，为这项技术带来“光明”的前景。作为全球电路保护领域的领导者，Littelfuse致力于提供应用支持、LED照明样品包、标准解释和测试，以确保我们的客户满足终端客户的要求、事业蒸蒸日上。
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