基于PPTC保护的大功率LED照明设计分析

　　对于开发大功率LED照明解决方案的厂家来说，遇到的最大设计挑战是散热设计和过热保护，LED光源对热敏感性强的难题对于他们来说必须攻克，因为热量过多或应用不当都会使LED光源的性能大打折扣。

　　理论和实践都已证明，LED的性能和寿命与LED的PN结工作温度紧密相关。当LED芯片内结温升高10℃时，光通量就会衰减1%，LED的寿命就减少50%，过流、过压和过热都会显着地减少LED的发光性能和使用寿命。因此除了良好的散热设计，安全可靠的过热保护也是必须考虑的。

　　通常对LED而言，约20%输入功率转换为光，80%则转换为热。这取决于多种因素，发热可能与底层不规则以及声子发射、密封、材料等有关。在LED产生的总热量中，有90%通过传导传输。为耗散来自LED结的热量，传导是导热的主要通道，因为对流和辐射仅占全部热传输的约10%。

　　显然，LED光源需要精确的功率和热管理系统，因为与其他光源相比，提供给LED的电能大部分转换为热量。如果没有适当的热管理，这种热量会影响LED寿命和色彩输出。同时，由于LED驱动装置属于矽器件，它们很快就会失效。这说明必须要配备故障安全备用过流保护装置。

　　那么，为什么说成功的大功率LED照明设计离不开PPTC呢？很多人觉得LED驱动器本身就能提供过流和过热保护功能，没必要再在外部添加一个PPTC器件，因为这会增加额外的成本。但这是错误的观点，许多LED驱动器很容易因直流电压和极性错误而受损。LED驱动器的输出也会因短路而受损或毁坏。尽管多数LED驱动器含有内置安全功能，包括热关机以及LED开路和短路检测。但是，要保护积体电路(IC)和其他敏感电子元件，可能需要额外的过流保护器件。因此，只有PPTC（特别是可复位PolySwitch PPTC）才是防止大功率LED过热损坏的最合适解决方案。

　　为了说明这个问题，看一下典型的LED驱动器能提供什么保护功能。大多数大功率LED恒流驱动器能提供的典型保护特性包括：热关断保护、过压/过流比较器、大电流MOSFET、电流大小调节、某一级别的ESD保护。但是，其热关断特性只是一个自保功能，很难应用到LED过热设计保护中。其过压/过流保护特性需要外部过压保护电路，关断电源可能会引起其他问题。大电流MOSFET的故障模式通常是短路，这是潜在的不安全因素。实现LED调光用的电流调节特性可能引起LED过温问题。

　　但PPTC保护大功率LED的理念是不同的，它有以下4个独特优点：

　　1）PPTC的典型故障模式是高阻抗，因此即使在故障状态，LED也是安全的。

　　2）PPTC可以直接测量LED的温度，因此可以贴身保护。

　　3）PPTC可以实现过温、过流和过压保护功能。使用非常简单，不需要外部电路。LED即使在保护状态下也可以正常工作。

　　4）允许设计师以更低成本实现调光设计，而不用担心安全问题。因此只需要在LED驱动器外面配一个PPTC器件就可以实现更强的安全性、满足最严格的安全标准和实现降成本。