摘要：  为了满足大功率LED照明应用的需要，LED通常被设计成5颗到20颗串联使用，因为单颗LED的功率因散热问题不可能做得很大。但问题是，只要串联结构中的任何一颗LED出故障，整串LED就会一起出故障。在路灯或机场跑道照明应用中，一串LED出故障可能导致整体灯光亮度变暗或完全变黑，导致无法想象的安全问题。在户外LED广告显示屏应用中，这可能产生白点，并导致营收损失。在以上任何一种应用中，一串LED的故障经常导致户外应用中代价高昂的维护问题。

关键字：  LED照明，  高功率，  保护元件

大功率LED照明应用需要保护元件

高功率LED能提供白炽灯或CFL灯所无法提供的长工作寿命、低功耗和低维护需求，这些因素使得LED在户外应用中越来越普及。不过，LED是敏感电子元件，它很容易被系统开关机、静电放电和邻近雷击所引发的瞬态过压和过流损坏。此外，驱动LED的开关电源不提供感性LED照明电子镇流器的瞬态过压或过流保护。

为了满足大功率LED照明应用的需要，LED通常被设计成5颗到20颗串联使用，因为单颗LED的功率因散热问题不可能做得很大。但问题是，只要串联结构中的任何一颗LED出故障，整串LED就会一起出故障。在路灯或机场跑道照明应用中，一串LED出故障可能导致整体灯光亮度变暗或完全变黑，导致无法想象的安全问题。在户外LED广告显示屏应用中，这可能产生白点，并导致营收损失。在以上任何一种应用中，一串LED的故障经常导致户外应用中代价高昂的维护问题。

为解决这一问题，不少供应商已相继推出各种尺寸的LED保护元件，如Bourns、Littelfuse(力特)、TE(原泰科电子)、安森美和Vishay等。

传统LED的保护主要考虑防雷击和ESD影响造成的浪涌，以及防止电源的正负极接反时造成的损害。但是对于应用于室外照明的大功率LED，还需要考虑LED串如何可靠工作以及降低维护成本，Bourns和力特等供应商推出的LED保护元件可以完全满足以上所有需求。LED保护元件不仅能防雷击、浪涌、反接，还能在LED灯串中有个别LED损坏造成开路时，保证其它LED正常发光。

LED保护元件元件也能有效保护LED免受邻近雷击和ESD放电等浪涌电压/电流源的冲击。此外，LED保护元件含有反向电流二极管，这可保护LED串不受电源极性反接的影响。

LED保护元件与串联中的每个LED并联。如果某个LED开路，则与其连接的LED保护元件会接通并将本应通过该故障LED的电流导向LED保护元件。这确保了灯串中的其它LED能够正常工作，因此熄灭的仅仅是单个LED，而整个灯串仍可正常工作，大大降低了室外照明的后期维护成本。

在未接通的情况下，LED保护元件仅通过数微安培的电流，因此不会影响整个电路。在触发状态下，它将承载灯串的全部电流并产生约1.3伏的电压降。

未来的半年将是大功率LED保护需求从低生产成本、高维修率、高维护成本到低维修率、高可靠性、低维护甚至免维护成本转变的时期，也是LED保护元件被市场接受和认可的关键时机。

未来半年是LED保护元件的关键时机

Bourns市场总监Kelly Casey

Bourns市场总监Kelly Casey说：“LSP LED分流保护元件能提供更高程度的可靠性，它可保护功率高达3W的LED。目前，越来越多的LED灯具设计师开始认识到此种保护方式的好处，预期未来几年对于LED分流保护元件的需求将会大增。”

Bourns目前可提供四种LSP元件，皆是采用普及的SMB封装。每一个系列都可以针对串联LED提供旁路1、2、3或4颗LED的功能。由于提供了四种系列，因此设计人员可以就成本考虑优化其产品的保护层级。所有的这些系列皆适用于工作电流为75mA至1000mA之间的LED。

Kelly Casey表示，我们是在自有晶圆厂中生产这些半导体元件，因此在制造上拥有极大的弹性，能快速符合客户的需求。现阶段LSP系列的交货期为16至20周。再者，针对LED照明设计所需的元件，Bourns提供一站式采购服务，包括过电压、过电流和高温保护元件，以及用于电源电路的电感和电流感应电阻等。而LSP系列所提供的高可靠度让Bourns的LED元件产品线更为完整。

力特(Littelfuse)分销商深圳世强电讯(SecomTel)市场经理郭宇表示，根据电压的不同，力特LED保护元件产品可以分为LED保护元件5、LED保护元件6、LED保护元件9、LED保护元件13、LED保护元件18共5个系列，其中LED保护元件5系列提供QFN及SOT-89两种封装，其它系列均提供QFN和DO-214封装。力特有非常完善的弹性生产机制，能很好的适应客户订单需求变化，一般标准交期为8到10周。

郭宇表示：“力特的LED保护元件是业内唯一量产的半导体结构的LED保护器件，可以为LED提供全方位的保护，并且体积小、发热量低、工作可靠，是极具性价比的大功率LED保护产品。”

LED保护元件独特性

目前市场也有人考虑利用SCR和齐纳二极管进行LED保护，但这三种保护元件其实有很多不同的属性，不是通用互换产品。请看以下关于LED保护元件与常见的SCR以及齐纳二极管性能的比较：1)LED保护元件能够提供LED开路保护;SCR也能提供该保护，但齐纳二极管不提供，因为灯串电流会导致齐纳二极管过载并缩短其使用寿命。 2)LED保护元件提供电极反接保护，而SCR和齐纳二极管则不提供。 3)LED保护元件和齐纳二极管均提供ESD/雷击保护，而SCR则不提供。(请见图1)。

图1：LED保护元件与常见SCR和齐纳二极管的比较

市场开始接受LED保护元件

基本上，力特的LED保护元件产品推出的时间较短，现在还处于客户接受期。不过，郭宇表示，在今年6月的广州照明展上，LED保护元件的Demo已引起了众多室外LED照明厂家的关注，并纷纷索取样品测试，相信随着室外LED照明厂商对可靠性要求的提高，LED保护元件产品将迅速得到市场的认可。

未来的半年将是大功率LED保护需求从低生产成本、高维修率、高维护成本到低维修率、高可靠性、低维护甚至免维护成本转变的时期，这也将是LED保护元件被市场接受和认可的关键时机。

以上介绍的LED保护元件主要是针对照明需求，不过，不同的市场对于LED保护元件有不同的需求，例如包括显示器背光在内的小功率LED市场所需的保护元件为瞬态电压抑制器(TVS)。上海光宇睿芯微电子(SINO-IC)目前的主力产品之一便是TVS，不过，作为LED保护完整解决方案的供货商，SINO-IC当然也针对高功率LED市场，例如路灯照明提供所需的保护元件，目前主要的产品为半导体放电管，以及主要用于程控系统中的保护IC。

SINO-IC表示，该公司的TVS尺寸相当小，因此可以用在LED封装中(例如3528)。至于半导体放电管的作用就犹如一个开关一般，它能让大电流通过，但是耗电极少，因此温度便不会升高，可说是高功率LED(例如路灯照明)的最佳保护元件。SINO-IC的TVS月产量为100 KK，Sidactor为10 KK，保护IC亦是10 KK。初次供货的交货期约需四星期，但若是长期供货，交货期可缩短至1星期。

最后，关于LED保护还有另一个趋势，亦即将LED概念与保护元件概念结合在一起研发出LED保护元件新产品。也就是说将保护元件直接内建陶瓷基板中，不须要再额外添加保护元件，如此可节省成本并减少20%-30%的LED元件空间，针对此，台湾瑷司柏电子已开发相关产品及技术，后续值得观察。