PPTC在LED照明中的過流和過熱保護

　　雖然許多高端LED驅(qū)動器件逐漸集成了過流、過熱等保護功能，但在許多場合，特別是過熱保護方面，仍然需要分立元器件方案作為協(xié)同保護方案，以使燈具具有更高的可靠性和更長的壽命。

　　PPTC是指高分子聚合物正溫度熱敏電阻，是由聚合物與導電粒子等構(gòu)成，經(jīng)過特殊加工后，導電粒子在聚合物中構(gòu)成鏈狀導電通路。當正常工作電流通過(或元件處于正常環(huán)境溫度)時，PPTC呈低阻狀態(tài)。當電路中有異常過電流通過(或環(huán)境溫度升高)時，大電流(或環(huán)境溫度升高)所產(chǎn)生的熱量使聚合物迅速膨脹，切斷了導電粒子所構(gòu)成的導電通路，PPTC呈高阻狀態(tài)。當電路中過電流(超溫狀態(tài))排除后，聚合物冷卻，體積恢復(fù)正常，其中導電粒子又重新構(gòu)成導電通路，PPTC又呈初始的低阻狀態(tài)。PPTC的體積小，成本低，可反復(fù)使用，實現(xiàn)了電路保護的自動啟動和自動恢復(fù)。

　　在LED照明中，根據(jù)燈具應(yīng)用場合的不同有不同的過熱保護方式，通常分為兩種。一種方式是達到規(guī)定溫度立即啟動關(guān)斷保護(圖4)，此種保護通常應(yīng)用于道路交通信號燈。另一種方式是到一定溫度啟動保護，進行降電流驅(qū)動(圖5)，此種保護通常應(yīng)用于室內(nèi)照明和道路照明。

　　泰科電子針對LED照明應(yīng)用開發(fā)了一款PolySwitch產(chǎn)品。該產(chǎn)品在環(huán)境溫度65℃下可以保證350mA電流正常通過，可在環(huán)境溫度超過85℃時進行保護，通過合理設(shè)計、配置，可以分別以關(guān)斷或調(diào)暗的方式對LED燈具進行保護。

　　串并聯(lián)相結(jié)合的巨型陣列照明或景觀燈的過流和過熱保護在成本與保護方案的相互平衡中，通常有兩種保護方案可以采用。一是分路保護(圖6)：對多串的 LED系統(tǒng)，可以在每隔支路上串聯(lián)一顆PPTC分別進行保護。這種方式的好處是可以實現(xiàn)精確保護，不會因為某一支路的故障而導致整個燈具的不工作，保護的可靠性好。二是主干路保護(圖7)：這種保護就是在燈具的主回路上串聯(lián)一顆PPTC，對整個燈具進行保護。這種方式的好處是成本低，占板面積小。

　　此外，PPTC可以作為溫度傳感器與 LED驅(qū)動器配合使用，實現(xiàn)LED陣列照明的過熱保護(圖8)，在大型陣列照明中，由于LED燈串眾多且結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，在實際應(yīng)用中容易出現(xiàn)過熱故障的位置，往往并不固定于某個特定的位置，因此單顆過熱檢測器件很難提供完善的過熱保護。PPTC在正常工作下的低電阻以及正溫度系數(shù)特性，可以方便地將數(shù)顆 PPTC串聯(lián)于熱保護檢測電路，實現(xiàn)多點過熱監(jiān)控。將多個PPTC串聯(lián)、并安裝于可能出現(xiàn)過熱的部位。由于PPTC的低電阻，THRM引腳電平為0，電源電路正常工作。當燈具某處或多處發(fā)生過溫故障時，THRM回路中的一顆或幾顆PPTC受熱，電阻急劇上升，THRM引腳電平變?yōu)楦唠娖?，從而啟動LED驅(qū)動器設(shè)計的過熱保護方案，實現(xiàn)過熱關(guān)斷或過熱折減驅(qū)動。這種解決方案對LED面光源的過熱保護而言經(jīng)濟有效。泰科電子可以為客戶提供相關(guān)的設(shè)計及驗證服務(wù)。

　　本文小結(jié)

　　PPTC由于其本身的諸多特點，非常適合于LED照明系統(tǒng)的過流和過熱保護，在設(shè)計中可以將PTC安裝在金屬芯電路板或LED散熱板以實現(xiàn)最好的熱傳導，使PPTC保護更加及時、有效。此外，PPTC產(chǎn)品的封裝形式多樣，能根據(jù)客戶要求定制封裝，靈活性很強。但過熱保護沒有標準解決方案，具體設(shè)計必須結(jié)合實際燈具，并進行充分驗證。