簡介
正如運行在交流電源電壓上的任何電子系統一樣，沒有足夠保護的AC LED照明系統可能會被雷電浪涌或者振蕩波損壞。金屬氧化物壓敏電阻（MOV）常常被用做保護AC LED照明" title="LED照明">LED照明系統免受雷電浪涌和環路波的損壞，并幫助制造商滿足安全和性能的標準。依據IEC 61000-4-5的閃電測試和依據IEEE C.62.41的振蕩波耐受測試可在實驗室中模擬這些對生命的實際威脅。
一款AC LED" title="AC LED">AC LED和一款DC LED一樣，都是一種在電流通過LED芯片時可以將電能轉換為光的半導體器件，結點過熱將會同時大大減少光輸出和縮短LED的壽命。在引入適當的熱管理和電路保護設計策略后，AC LED技術提供幾個優于傳統照明的優點：包括緊湊的尺寸、減少的元器件數量、節能和降低系統成本。
TE電路保護部的PolySwitch聚合物正溫度系數(PPTC)器件可以提供過流和過溫保護，并且可以很容易地集成在AC LED的電路板上。
過流和熱失控的設計要素
LED發光二極管具有負溫度系數的特性，LED的正向導通電壓（Vf）隨著溫度的升高而降低。在采用恒壓電源供電的情況下，溫度的增加將帶來正向導通電壓的略微降低和增加數額相對較大的電流。它導致了功耗的凈增加和溫度的升高。對于一個給定的熱路徑，熱傳遞可能不能夠維持增加的功耗。
在極端情況下，其結果就是熱失控，并且可能在電流或者功率沒有被限制在額定等級內時損壞AC LED。在特定的額定電流范圍內，LED燈的光輸出和通過的電流呈大致的線性關系。如果電流超過制造商所建議的電流值，LED燈可以變得更亮，但是光輸出的能力會以更快的速度降低，并縮短其使用壽命。
應該盡一切努力去保持LED散熱以實現最大效率，LED通常聯接一個散熱片以盡量使結點溫度最低。限制通過AC LED的電流或者功率可以預防熱失控，并且有一個額外的好處就是可以在寬廣的溫度范圍內提供更好的亮度調節以及延長使用壽命。
AN3211是首爾半導體公司的一款AC LED產品，它包括一個AN3200 LED 和一組用于依據其正向電壓來設置其工作電流的電阻。AN3200的內部結構由兩組極性相反的二極管并聯組成。如圖1所示，隨著正半周期內交流電源電壓的增加，內部LED串中的一串導通并發光；在負半周期內，其他的燈串導通并發光。
圖1、典型的AC LED原理圖
圖2為首爾半導體公司的AC LED AN3211的測試裝置，其中一個金屬氧化物壓敏電阻（MOV）和一個PolySwitch miniSMDC014F器件集成在AC LED照明系統板上，表1顯示了測試參數和結果。
圖2、首爾半導體公司的AC LED AN3211的測試裝置
表1、首爾半導體公司的AC LED AN3211和PolySwitch miniSMDC014F器件共同使用時的測試結果
過壓保護設計要素
AC LED已經越來越多地用于室內外的通用照明（GPI）系統應用。因為交流電為其直接供電，閃電可能會引起交流線路的瞬間過壓。沒有強大的、可靠的電路保護，雷電浪涌或者振蕩波可能會損壞AC LED。由于電壓的變化可以產生不成比例的電流變化并影響光輸出，在這些交流線路電壓的波動中AC LED必須受到保護。
PolySwitch器件有助于在出現穩態過載電流的操作時限制流過LED的電流，并在電壓出現波動實現保護。MOV常常在交流線路電壓應用中用于抑制瞬態過壓和預防瞬態過壓帶來的損壞。
圖3和4顯示了首爾半導體公司AC LED AN3211器件和7mm 200V MOV共同使用時的測試結果。結果表明：MOV解決了雷電和振蕩波問題；同時，在雷電浪涌和振蕩波耐受測試中光輸出是非常穩定的。這種方法有助于設備在特定的雷電浪涌測試（IEC 61000-4-5）和振蕩波沖擊測試后（IEEEC.62.41）能夠保持正常運作。
圖3、首爾半導體公司AC LED AN 3211器件使用7mm 200V MOV過壓保護器件在2kV 8/20us雷電浪涌測試中的電壓響應。
圖4、首爾半導體公司AC LED AN 3211器件使用7mm 200V MOV過壓保護器件在2.5kV 100KHz振蕩波耐受沖擊測試中的電壓響應。
結論
盡管AC LED照明系統提供卓越的可靠性和設計優點，但它們仍然需要強大的過流、過溫和過壓的保護以滿足各種安全和性能的標準。采用PolySwitch的過流/過溫保護器件與一個MOV器件配對可以降低設計風險，并提供了一個完全可復位和協調的電路保護解決方案。首爾半導體開發的新產品包含了TE電路保護部提供的過流、過壓和過熱保護的AC 2PRO?器件。這種混合器件在一個熱保護器件中結合了一個PPTC元件與一個MOV，并為設計師提供了單個器件集成化保護所帶來的設計靈活性和方便性。以后的文章將介紹AC 2Pro器件是如何與各種最新的AC LED一起工作的。
關于作者
Barry Brents是TE電路保護部的現場應用工程師。他是IEEE會員，在美國德州理工大學（Texas Tech University）獲得電機工程學士學位， 自1991年以來一直就職于通信和電力行業。
David Neal是首爾半導體有限公司應用經理。他是IEEE、IES和ANSI的會員，在馬薩諸塞州大學達特茅斯分校（University of Massachusetts Dartmouth）獲得電機工程學士學位，并活躍在固態照明行業中超過五年。
Matt Williams是TE電路保護部全球應用工程經理，負責內部和OEM客戶的應用支持。他是IEEE會員，在鳳凰理工學院（Phoenix Institute of Technology）獲得電氣工程和電子通訊兩個理學學位。