该放大器在较高的输出下能保持高保真的素质，可以对4Ω／8Ω的负载提供2×73／44瓦的输出功率，失调电压小于土40mV，输入阻抗为100kΩ，谐波...
设计室内 LED 灯泡的电路保护
接线图
2023年08月22日 19:58 305
admin
室内 LED 灯泡开发出来以来，其设计人员就面临着各种技术挑战。其中包括交流到直流电源转换、热设计/散热、当前灯泡尺寸所施加的物理空间限制、电气瞬变——所有这些都是驱动产生光的 LED 的基本挑战。其中最重要的挑战之一是为 LED 以及电路中 LED 上游的所有有源和无源组件提供瞬态保护。这些瞬变通常是交流输入上雷电感应浪涌的结果。这些威胁意味着 LED 灯泡需要过流和过压保护。
对附加功能和更高光输出的需求不断增长，增加了必须放置在 LED 板上的组件数量。更高的光输出需要更大的散热器来散发更高功率 LED 产生的热量。由于 LED 灯泡的外形尺寸旨在与当前的白炽灯和 CFL 灯泡（例如通常用于家用灯的流行 A19 灯泡）兼容，因此它们包含一个 AC/DC 电源电路，因此可以通过标准灯泡插座运行（图1）。任何直接连接到交流电源的设备都可能因灯泡内部组件和/或电路故障引起的短路和过载情况而损坏。此外，
图 1：典型住宅 LED 灯的构造。
图 2：具有瞬态和浪涌能量保护器件的典型 LED 灯具驱动电路。
基于 LED 的灯泡包括图 2 所示的基本电路块（从右到左）：
多个单芯片 LED 以电气方式串联配置，称为 LED 灯串。多个串通常并联连接并由公共电源驱动。
LED灯串驱动电路，以及相应的用于LED灯串保护的控制器电路，包括用于过流保护(OCP)的串联正温度系数(PTC)电阻和用于过压保护(OVP)的并联TVS二极管。
DC-DC 转换器电路，其输入端包含一个并联 TVS 二极管，作为下游组件的次级 OVP。
线路整流器电路，其中包括输出端的串联高压直流熔断器，用于下游组件的次级 OCP。
EMI滤波器元件。
交流输入电路，由线路串联交流熔断器和火线与中性点并联MOV组成。
交流输入电路交流熔断器是灯泡的初级过流保护器件。当正确选择所有所需的设计参数时，该保险丝将通过安全地断开所有电路与交流线路输入的连接，充分保护所有下游组件免受感应瞬变和短路/过载条件造成的电气过应力 (EOS) 损坏。
鉴于与基于 LED 的灯泡设计相关的狭小空间限制，为交流输入选择高度紧凑的交流保险丝至关重要。保险丝的功能是通过在电流过载条件下可靠且可预测地熔化来为组件和完整电路提供保护。换句话说，保险丝是电路中的薄弱环节。与交流线路输入串联的交流保险丝将提供短路和过载保护。如今，交流熔断器具有最小的外形尺寸，并具有多种额定电流和额定电压可供选择。还提供一系列附加关键保险丝参数和表面贴装设计，使设计工程师能够选择能够满足所有应用要求的组件。
需要具有足够 I2T 额定值的交流保险丝才能通过根据 IEEE C.62.41 的能源之星环波测试。标称熔化 I2T 额定值以安培平方秒 (A2sec) 为单位测量，指定熔化熔断元件所需的能量。通常，根据标称熔化 I2t 选择熔断器适用于熔断器必须承受短持续时间的大电流脉冲的应用。LED照明应用的浪涌抗扰度测试需要符合8×20μs组合波形。不同的熔断器结构对浪涌的反应可能不同，即使它们的标称熔断 I2t 额定值超过了波形能量的额定值。例如，电涌脉冲产生的热循环可能导致保险丝机械疲劳并缩短其寿命。
LED 灯泡的主要过压保护器件是交流输入电路金属氧化物压敏电阻 (MOV)。当正确选择所有所需的设计参数时，它将通过钳制短时电压脉冲来保护所有下游组件免受感应瞬变和环波效应造成的电气过应力 (EOS) 损坏。MOV 提供了一种经济有效的方法来最大限度地减少瞬态能量，否则瞬态能量可能会进入下游组件。正确的 MOV 选择基于许多电气参数，包括额定电压、峰值脉冲电流、额定能量、圆盘尺寸和引线配置。
LED 灯泡的设计者需要考虑各种重要问题，以便选择合适的交流输入电路交流保险丝：
第一步是找到有关应用程序的许多技术问题的答案。在过去，理解并回答这些问题，然后搜索元件数据表以便为应用选择正确的保险丝可能是一项非常令人困惑且耗时的工作。这些问题包括灯泡的正常工作电流、应用电压、环境温度、过载电流水平和保险丝必须断开的时间长度、最大允许故障电流以及脉冲、浪涌电流、浪涌电流、启动电流和电路瞬变， ETC。
这些问题的完整列表以及寻找答案的指南可在免费的 Fuseology 选择指南中找到：Littelfuse 的保险丝特性、术语和考虑因素。
Littelfuse 还提供 iDesign 保险丝选择工具，这是一款基于 Fuseology 选择指南的强大的网络工具。它旨在帮助电路设计人员确定适合其项目的最佳电子保险丝。iDesign 工具提供了一种快速、直观的方法来识别应用程序的最佳组件、查找零件文档以及订购零件样品以进行原型设计。它引导设计人员完成保险丝选择过程，根据提供的输入快速缩小可用选项的范围。
在设计过程的早期了解灯泡将销往哪个或哪些市场至关重要。根据灯泡是否打算在美国、北美其他地方、欧洲、亚洲或其他地方使用，不同的标准将管理设计和测试要求。请参阅“您的 LED 灯泡能达到标准吗？” 获取有关根据地理位置确定灯泡所需的机构批准和认证的指导。
确定可能影响可用保险丝的尺寸限制。保险丝可以使用多种方法封装，但表面贴装设计是 LED 照明应用最常见的外形尺寸。对于电路设计人员来说幸运的是，现在可以使用更小尺寸的保险丝来保护交流输入，其中一些保险丝的尺寸仅为以前可用的最小保险丝的一半。
电流通过保险丝所产生的保险丝温度随着环境温度的变化而升高或降低。请注意，顾名思义，保险丝的“环境温度”与“室温”不同。相反，环境温度是保险丝周围空气的温度，通常比室温高得多，因为保险丝可能被封闭（例如在保险丝座中）或安装在 LED 板上的发热组件附近。对于 25oC 左右的环境温度，通常建议熔断器的工作电流不超过其标称额定电流的 75%。保险丝本质上是对温度敏感的器件，因此即使温度的微小变化也会极大地影响保险丝在加载到其标称值时的预计寿命，
确定应用所需的分断能力。这也可以称为中断额定值或短路额定值（I 2 t 值）。这是保险丝在额定电压下可以安全中断的最大允许电流。在故障或短路情况下，熔断器可能会接收到比其正常工作电流大许多倍的瞬时过载电流。安全操作要求保险丝保持完好（无爆炸或本体破裂）并清除电路。
请务必在生产前留出足够的时间进行彻底的应用测试和验证。如果初始设计未通过任何这些测试，请确保时间表中有足够的余地来修改设计和重新测试。
最后，设计人员必须协调保险丝与下游 OVP 和 LED 灯串驱动电路。在 LED 灯泡设计过程之初就必须考虑瞬态抑制。所选保险丝必须能够承受指定水平的瞬态能量，以便 LED 灯串驱动电路的功能不会受到不利影响。交流输入电路保险丝和 MOV 在正确协调后可提供瞬态保护解决方案，无需保险丝断开即可实现所需的过压钳位功能，同时安全地保护下游电路，最大限度地减少对 LED 灯串驱动器电路的干扰，包括 LED 灯串本身。
然而，在某些情况下，特定的 LED 灯泡工作电路无法承受所需的瞬态事件级别。在这些情况下，添加次级 TVS 二极管进行过压保护（如前面有关 DC-DC 转换器模块的部分所述）是一种行之有效的解决方案，可进一步限制 MOV 的“允许通过”能量。对于最极端的情况，甚至还有一个额外的 OCP 器件（线路整流器块输出中的高压直流熔断器，如图 2 中心所示）和 LED 灯串 OCP 器件（与 LED 灯串串联的 PTC）， OVP（与 LED 串并联的 TVS 二极管）和开路 LED 保护（单个 LED 与并联的 PLED），以提供更强大的电路保护。
保险丝与过压保护和 LED 驱动器的配合
瞬态电压抑制必须成为初始设计过程的一部分；所选择的器件必须在足够低的电压下耗散瞬态脉冲能量，以便驱动电路的功能不受影响。
TVS 二极管是最常用的抑制器件类型之一。TVS 二极管专门设计用于保护电子电路免受瞬态过压事件的影响。作为硅雪崩器件，它具有单向和双向配置。在单向版本中，指定的钳位特性仅在一个方向上明显，而另一方向则表现出与传统整流二极管类似的正向电压 (VF) 特性。LED 照明电源（驱动器）通常需要在其电路中的一个或多个位置安装 TVS 二极管。
瞬态的破坏性潜力由其峰值电压、后续电流和电流持续时间定义。当瞬态抑制器用于保护驱动器 IC 和 LED 等敏感元件时，其开始工作所需的时间极其重要。如果抑制器动作缓慢并且系统上出现快速上升的瞬态尖峰，则受保护负载上的电压可能会在抑制开始之前上升到破坏性水平。
选择 TVS 二极管时，必须考虑几个重要参数：
反向断态电压 (V R )。 其中最重要的是VR，它应等于或大于受保护电路（或电路的一部分）的峰值工作电平。这将确保 TVS 不会削波电路驱动电压。
峰值脉冲电流 (I PP )。I PP是 TVS 在不损坏的情况下可以承受的最大电流，通常参考指数波形（例如 10×1000μs）来表示。所需的 IPP 只能通过峰值瞬态电压除以源阻抗来确定。
最大钳位电压 (V C )。V C是当承受峰值脉冲电流 ( IPP )时 TVS 器件上出现的峰值电压，基于参考指数波形。
TVS 二极管的失效机制是短路。因此，如果 TVS 二极管因瞬变而失效，其所在的电路仍将受到保护。
对附加功能和更高光输出的需求不断增长，增加了必须放置在 LED 板上的组件数量。更高的光输出需要更大的散热器来散发更高功率 LED 产生的热量。由于 LED 灯泡的外形尺寸旨在与当前的白炽灯和 CFL 灯泡（例如通常用于家用灯的流行 A19 灯泡）兼容，因此它们包含一个 AC/DC 电源电路，因此可以通过标准灯泡插座运行（图1）。任何直接连接到交流电源的设备都可能因灯泡内部组件和/或电路故障引起的短路和过载情况而损坏。此外，
图 1：典型住宅 LED 灯的构造。图 2：具有瞬态和浪涌能量保护器件的典型 LED 灯具驱动电路。
基于 LED 的灯泡包括图 2 所示的基本电路块（从右到左）：多个单芯片 LED 以电气方式串联配置，称为 LED 灯串。多个串通常并联连接并由公共电源驱动。
LED灯串驱动电路，以及相应的用于LED灯串保护的控制器电路，包括用于过流保护(OCP)的串联正温度系数(PTC)电阻和用于过压保护(OVP)的并联TVS二极管。
DC-DC 转换器电路，其输入端包含一个并联 TVS 二极管，作为下游组件的次级 OVP。
线路整流器电路，其中包括输出端的串联高压直流熔断器，用于下游组件的次级 OCP。
EMI滤波器元件。
交流输入电路，由线路串联交流熔断器和火线与中性点并联MOV组成。
交流输入电路交流熔断器是灯泡的初级过流保护器件。当正确选择所有所需的设计参数时，该保险丝将通过安全地断开所有电路与交流线路输入的连接，充分保护所有下游组件免受感应瞬变和短路/过载条件造成的电气过应力 (EOS) 损坏。
鉴于与基于 LED 的灯泡设计相关的狭小空间限制，为交流输入选择高度紧凑的交流保险丝至关重要。保险丝的功能是通过在电流过载条件下可靠且可预测地熔化来为组件和完整电路提供保护。换句话说，保险丝是电路中的薄弱环节。与交流线路输入串联的交流保险丝将提供短路和过载保护。如今，交流熔断器具有最小的外形尺寸，并具有多种额定电流和额定电压可供选择。还提供一系列附加关键保险丝参数和表面贴装设计，使设计工程师能够选择能够满足所有应用要求的组件。
需要具有足够 I2T 额定值的交流保险丝才能通过根据 IEEE C.62.41 的能源之星环波测试。标称熔化 I2T 额定值以安培平方秒 (A2sec) 为单位测量，指定熔化熔断元件所需的能量。通常，根据标称熔化 I2t 选择熔断器适用于熔断器必须承受短持续时间的大电流脉冲的应用。LED照明应用的浪涌抗扰度测试需要符合8×20μs组合波形。不同的熔断器结构对浪涌的反应可能不同，即使它们的标称熔断 I2t 额定值超过了波形能量的额定值。例如，电涌脉冲产生的热循环可能导致保险丝机械疲劳并缩短其寿命。
LED 灯泡的主要过压保护器件是交流输入电路金属氧化物压敏电阻 (MOV)。当正确选择所有所需的设计参数时，它将通过钳制短时电压脉冲来保护所有下游组件免受感应瞬变和环波效应造成的电气过应力 (EOS) 损坏。MOV 提供了一种经济有效的方法来最大限度地减少瞬态能量，否则瞬态能量可能会进入下游组件。正确的 MOV 选择基于许多电气参数，包括额定电压、峰值脉冲电流、额定能量、圆盘尺寸和引线配置。
LED 灯泡的设计者需要考虑各种重要问题，以便选择合适的交流输入电路交流保险丝：
第一步是找到有关应用程序的许多技术问题的答案。在过去，理解并回答这些问题，然后搜索元件数据表以便为应用选择正确的保险丝可能是一项非常令人困惑且耗时的工作。这些问题包括灯泡的正常工作电流、应用电压、环境温度、过载电流水平和保险丝必须断开的时间长度、最大允许故障电流以及脉冲、浪涌电流、浪涌电流、启动电流和电路瞬变， ETC。
这些问题的完整列表以及寻找答案的指南可在免费的 Fuseology 选择指南中找到：Littelfuse 的保险丝特性、术语和考虑因素。
Littelfuse 还提供 iDesign 保险丝选择工具，这是一款基于 Fuseology 选择指南的强大的网络工具。它旨在帮助电路设计人员确定适合其项目的最佳电子保险丝。iDesign 工具提供了一种快速、直观的方法来识别应用程序的最佳组件、查找零件文档以及订购零件样品以进行原型设计。它引导设计人员完成保险丝选择过程，根据提供的输入快速缩小可用选项的范围。
在设计过程的早期了解灯泡将销往哪个或哪些市场至关重要。根据灯泡是否打算在美国、北美其他地方、欧洲、亚洲或其他地方使用，不同的标准将管理设计和测试要求。请参阅“您的 LED 灯泡能达到标准吗？” 获取有关根据地理位置确定灯泡所需的机构批准和认证的指导。
确定可能影响可用保险丝的尺寸限制。保险丝可以使用多种方法封装，但表面贴装设计是 LED 照明应用最常见的外形尺寸。对于电路设计人员来说幸运的是，现在可以使用更小尺寸的保险丝来保护交流输入，其中一些保险丝的尺寸仅为以前可用的最小保险丝的一半。
电流通过保险丝所产生的保险丝温度随着环境温度的变化而升高或降低。请注意，顾名思义，保险丝的“环境温度”与“室温”不同。相反，环境温度是保险丝周围空气的温度，通常比室温高得多，因为保险丝可能被封闭（例如在保险丝座中）或安装在 LED 板上的发热组件附近。对于 25oC 左右的环境温度，通常建议熔断器的工作电流不超过其标称额定电流的 75%。保险丝本质上是对温度敏感的器件，因此即使温度的微小变化也会极大地影响保险丝在加载到其标称值时的预计寿命，
确定应用所需的分断能力。这也可以称为中断额定值或短路额定值（I 2 t 值）。这是保险丝在额定电压下可以安全中断的最大允许电流。在故障或短路情况下，熔断器可能会接收到比其正常工作电流大许多倍的瞬时过载电流。安全操作要求保险丝保持完好（无爆炸或本体破裂）并清除电路。
请务必在生产前留出足够的时间进行彻底的应用测试和验证。如果初始设计未通过任何这些测试，请确保时间表中有足够的余地来修改设计和重新测试。
最后，设计人员必须协调保险丝与下游 OVP 和 LED 灯串驱动电路。在 LED 灯泡设计过程之初就必须考虑瞬态抑制。所选保险丝必须能够承受指定水平的瞬态能量，以便 LED 灯串驱动电路的功能不会受到不利影响。交流输入电路保险丝和 MOV 在正确协调后可提供瞬态保护解决方案，无需保险丝断开即可实现所需的过压钳位功能，同时安全地保护下游电路，最大限度地减少对 LED 灯串驱动器电路的干扰，包括 LED 灯串本身。
然而，在某些情况下，特定的 LED 灯泡工作电路无法承受所需的瞬态事件级别。在这些情况下，添加次级 TVS 二极管进行过压保护（如前面有关 DC-DC 转换器模块的部分所述）是一种行之有效的解决方案，可进一步限制 MOV 的“允许通过”能量。对于最极端的情况，甚至还有一个额外的 OCP 器件（线路整流器块输出中的高压直流熔断器，如图 2 中心所示）和 LED 灯串 OCP 器件（与 LED 灯串串联的 PTC）， OVP（与 LED 串并联的 TVS 二极管）和开路 LED 保护（单个 LED 与并联的 PLED），以提供更强大的电路保护。
保险丝与过压保护和 LED 驱动器的配合
瞬态电压抑制必须成为初始设计过程的一部分；所选择的器件必须在足够低的电压下耗散瞬态脉冲能量，以便驱动电路的功能不受影响。
TVS 二极管是最常用的抑制器件类型之一。TVS 二极管专门设计用于保护电子电路免受瞬态过压事件的影响。作为硅雪崩器件，它具有单向和双向配置。在单向版本中，指定的钳位特性仅在一个方向上明显，而另一方向则表现出与传统整流二极管类似的正向电压 (VF) 特性。LED 照明电源（驱动器）通常需要在其电路中的一个或多个位置安装 TVS 二极管。
瞬态的破坏性潜力由其峰值电压、后续电流和电流持续时间定义。当瞬态抑制器用于保护驱动器 IC 和 LED 等敏感元件时，其开始工作所需的时间极其重要。如果抑制器动作缓慢并且系统上出现快速上升的瞬态尖峰，则受保护负载上的电压可能会在抑制开始之前上升到破坏性水平。
选择 TVS 二极管时，必须考虑几个重要参数：
反向断态电压 (V R )。 其中最重要的是VR，它应等于或大于受保护电路（或电路的一部分）的峰值工作电平。这将确保 TVS 不会削波电路驱动电压。
峰值脉冲电流 (I PP )。I PP是 TVS 在不损坏的情况下可以承受的最大电流，通常参考指数波形（例如 10×1000μs）来表示。所需的 IPP 只能通过峰值瞬态电压除以源阻抗来确定。
最大钳位电压 (V C )。V C是当承受峰值脉冲电流 ( IPP )时 TVS 器件上出现的峰值电压，基于参考指数波形。
TVS 二极管的失效机制是短路。因此，如果 TVS 二极管因瞬变而失效，其所在的电路仍将受到保护。
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