LED开路保护器
led开路保护器
近年来，采用1～3w大功率led做的灯具逐年增加，其功率可从几瓦到上百瓦。大功率led灯具都采用led串联的结构，用恒流供电，其结构如图1所示。一般1w led的工作电流为250～350ma，3w led的工作电流为600～700ma，电流大的可达900～1000ma。
图1 led驱动电路
这种串联led的灯具有一个缺点，如果串联的led中有一个led开路，则整个灯都不亮了。这对某些灯具（如警示灯、矿灯、应急灯等）的应用是十分危险的。为了防止led开路时，led灯还能亮，则采用led开路保护器是十分有效的，它能保证灯具使用的安全性。
目前已开发出的1w led开路保护器有两种结构：齐纳二极管型和晶闸管型（单向可控硅型），如图2所示。有的led生产厂家直接将齐纳二极管与led封装在一起，即带有开路保护的led也已上市。3w led的工作电流一般取值700～1000ma，这种开路保护器由于电流较大在市上还少见。
图2 两种led保护器件
本文将介绍安森美公司在2009年1月推出的新器件nud4700及smd公司在2008推出的smd602，它们都是晶闸管型led开路保护器。
nud4700的工作原理
nud4700是一种两端器件，其外形如图3所示，a端为阳极，c端为阴极。其内部结构如图2的下图所示，它由控制电路及单向晶闸管组成。
图3 nud4700外形
nud4700的典型应用电路如图4所示。这是一个交流供电，往ac/dc转换器输出直流电压，再由nud4701恒流led驱动器驱动5个串联的1w大功率led的电路。nud4700与led并联连接在一起。在led未开路时，由于led的正向降压vf小于晶闸管的“开启”电压v(br)，则nud4700为“关闭状态”。在关闭状态时，只有小于250μa的漏电电流经过nud4700，相当于nud4700“开路”，不影响led的工作。若串联的led中有一个（如led2）因损坏而开路了，此时与led2并联的nud4700的a、c之间电压超过了 “启动”电压v(br)（5.5～7.5v），nud4700启动，由关闭状态转为“导通状态”。在导通状态时， a、c之间导通电压vt为1.0～1.2v。此时，led的电流由led1流经nud4700的a、c，再流入led3，如图5所示。5个led的灯仅有4个led工作，其亮度稍差一些，但仍可以正常工作，并且不影响其恒流的大小。
图4 nud4700应用电路
图5 nud4700工作原理
从上面的分析可知：在led正常时，器件不起作用（相当开路）；在led损坏开路时，它起作用（相当通路），使led的电路能形成通路而工作。
nud4700的主要参数
nud4700的主要参数：峰值重复关闭状态时电压为-0.3～+10v；关闭状态时的漏电流ileak为100～250μa；启动电压（也称为“击穿电压”breakdown voltage）v(br)为5.5～7.5v；保持电流ih为6～12ma；闭锁电流（latching current）il为35～70ma；导通状态电压vt为1～1.2v；导通状态时的平均电流it(avg)为0.376～1.3a（电流大小与焊盘面积有关：在焊盘面积为25.4mm×25.4mm时，散热条件好，it可达1.3a）；该器件为贴片式2mm×2.1mm封装（高度为1mm）；工作温度范围为-40～+85℃。
典型工作波形
nud4700的典型工作波形如图6所示。图6中，绿色是led电流波形，棕色是nud4700关闭状态转换到导通状态的波形。椭圆内是led开路瞬间波形，此时，led电流if经一些波动后恢复到原来电流；与此同时，nud4700由关闭状态转换到导通状态，其电压由vf下降到1～1.2v，其响应时间是很快的（dv/dt最小值为250v/μs）。
图6 nud4700工作波形图
smd602的结构与工作原理
smd602的内部结构如图7所示，它的基本结构与nud4700相同，但增加了一个反接的二极管，可在led串极性接反时提供一个电流通路，由于二极管的正向压降为1.1～1.5v，其可保护led免受反压击穿（一般led反压击穿电压为5v）。
图7 smd602内部结构
smd602的工作原理与nud4700完全相同。它的正极与led的阳极连接，负极与led的阴极连接，如图8所示。在led没有开路时，smd602都为关闭状态，其漏电流为100μa（典型值）。图中橘黄色线为led电流iled。
图8 smd602工作在led导通状态下
若在串联的led中有一个开路，如图9所示，则与此并联的smd602的正、负极之间电压大于其开启电压4.65～5.25v，此器件由关闭状态转换为导通状态，降压为1～1.2v。led电流经smd602内部的晶闸管后流到下一个led，保证其他未开路的led正常工作。图中用红线x表示此led开路。
图9 smd602工作在led开路状态下
若led串与驱动器连接时极性接反，则有可能led受反压过大而损坏。由于smd602内部有反接二极管，在led串极性接反时，其内部的二极管极性是正确的，则led的电流经smd内部的二极管形成回路，led得到保护，如图10所示。
图10 smd602工作在led反接状态下
smd602主要参数与特性
smd602的主要参数：输入电压vdc最大值为38v；导通状态时最大电流ibp=500ma；反向电流ir最大值为500ma；启动电压v(br)为4.65～5.25v，导通状态时压降vt为1～1.2v；在led极性反接时，其压差为1.1～1.5v；在关闭状态时漏电流为100～150μa；维持电流ih最大值为20ma，工作温度范围-40～+85℃。
图11 smd602的特性
smd602有两种封装：2mm×2mm fbp封装及3引脚sot-89封装，其引脚排列如图12所示。
图12 smd602的引脚排列
结束语
以上介绍的两种led开路保护器适用于1w大功率led，其iled电流为350ma。它们可以与led一起安装在六角形的铝基板上。
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图2 两种led保护器件
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图3 nud4700外形
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图8 smd602工作在led导通状态下
若在串联的led中有一个开路，如图9所示，则与此并联的smd602的正、负极之间电压大于其开启电压4.65～5.25v，此器件由关闭状态转换为导通状态，降压为1～1.2v。led电流经smd602内部的晶闸管后流到下一个led，保证其他未开路的led正常工作。图中用红线x表示此led开路。
图9 smd602工作在led开路状态下
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图10 smd602工作在led反接状态下
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图12 smd602的引脚排列
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