Littelfuse为LED灯泡可靠性和安全问题提供解决方案
- 刘一婷
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世界各国已体认到，单独仰赖化石燃料能源(煤、石油、天然气等矿物燃料)不是一个可行的长期战略。调查显示再生能源目前已提供太阳能、风力与水力发电等替代选择方案。此外，节约能源是任何新能源策略之主要关键。
依据市场数据显示照明约占总能源消耗量的20%。如何维持在相同照明输出的情况下，有效降低所需损耗，将可策略性的减少对新电厂的需求，同时达成有效减少总体能源消耗的目标。在节能减碳的前提下，一般传统75瓦的白炽灯泡将被仅需使用15瓦耗电量就能发出同样照明光量的LED灯所取代。
世界各国纷纷颁布新规定，法律明订传统的白炽灯泡将由LED灯所取代，进而达到节省能源的方法。欧美与其他国家亦相继实施，从高瓦特数的产品开始分阶段淘汰传统的白炽灯泡。
传统的白炽灯泡将不得不由更高效能的紧凑型节能萤光灯、LED灯泡装置所取代，其销售额预计在未来几年飙升。 LED照明的引进如今已取代A19与PAR白炽灯外型。此外，MR11和MR16 LED灯的外型被用来取代低效能的卤素灯。据市场研究，LED灯泡的销售额至2016年预计将有近27%的年复合增长率。成长的动力将来自 LED灯泡不断创新、效率提升、单位成本快速下降的结合。
LED灯泡的安全性与可靠性保护
LED灯泡是一种固态光源，使用半导体发光二极管配置。此外，灯泡的装置包括电力转换(交流转直流)、 LED驱动IC、散热片于热能处理和利用光学使其光量最佳化。LED灯的外型设计能与目前的白炽灯和卤素灯泡兼容，内含电路转换器(交流转直流)，使其能够从标准的灯泡插座操作。
设备装置若直接连接到交流电源(如120/250VACrms)，可能会因为短路及零组件过载而损坏，或者是灯泡内的电路故障引起的过载情况。此外，雷电浪涌或瞬态负载切换(灯泡外源)导致环形波电压峰值压力，最终能损坏元件，让灯泡坏掉。有监于此，LED灯泡的价值主张不仅是降低能源消耗，若要有更长的使用寿命，势必要考量到关键性的瞬态电压保护，并消除用电环境可能导致的故障因素。
此外，LED对热能相当敏感，不容许超过85℃。有效控制LED温度与LED驱动板低于85℃水平是永久耐用的关键。Littelfuse提供交流线路界面，以及直流瞬态完整的保护。详见图1的各种元件和LED灯泡内的电源和电路控制系统。
如图1所示，Littelfuse的交流系列保险丝提供安全短路保护和过载条件。提供多样化结构、额定电流、额定电压、分断能力和安装选择，让设计工程师设计时更富弹性。
金属氧化物压敏电阻在电源输入(MOV)提供过压箝位保护。MOV最具成本效益和最大限度地减少瞬态能量的方式，可以使用至下游电子产品。金属氧化物压敏电阻的选择上，包括额定电压、峰值脉冲电流、能量定额、圆盘式大小和铅的配置参数。 Littelfuse提供的圆盘式直径压敏电阻缩小到5毫米，这使得它们能够在空间受限功率的LED灯泡电源部分使用。
MOV和保险丝必须互为一个协调解决方案，能量足已熔断保险丝元件(也称为「I²t」值)亦能够支持MOV在浪涌条件保险丝不会断开。换句话说，当钳位与能源消耗激增时，保险丝也不应该断开，只有在过载与短路的情况发生时应该断开。
即使对AC输入端置入1颗压敏电阻，电路亦无法抵抗瞬间浪涌的情况下，瞬态抑制二极管 (TVS)可以加在逆变器的输入阶段。参考图 1，瞬态抑制二极管对瞬变提供了第2层保护。压敏电阻将进一步由瞬态抑制二极管减少到一定「可通过」的能量程度，让电路维持正常运作。
Littelfuse提供多样保险丝、压敏电阻和瞬态抑制二极管，并依照其不同的外形、空间限制、电气参数和成本提供选择。Littelfuse全面性的建议请见表1。
Littelfuse提供的保险丝、MOV和TVS协助灯泡制造商的25瓦灯通过重要法规与安全标准，这些标准的例子包括：
1.Energy Star IEEE.C.62.41-1991 ring wave test Class A operation for USA
●Class A operation (83A). The line transient shall consist of 7 strikes of a 100 kHz ring wave, 2.5 kV level, for common and differential mode.
2.IEC 61000-4-5 Surge Immunity Test (waveforms: 1.2 x 50 µs/ 2ohm impedance; 8x20 µs combination/ 12ohm impedance) for Europe/ Asia/ Australia
●For self-ballasted lamps < 25W: 500V/250A
●For self-ballasted lamps > 25W: 1000V/ 500A
一般情况下，工程师会想要在评定审查过程中测试他们的应用与保护方案是否够坚实。若有公司缺乏浪涌测试设备，Littelfuse可协助提供实验设施场地，以供验证其应用设计。这种验证测试可以提早监别、找出疑难问题及校正，使它不会发生任何的应用问题。
这方面的测试能力从以下例子可以看出。图2，1个 LED灯泡通过能源之星浪涌测试，以及由此产生的电流和电压波形被抓取。A19灯电路安装在驱动板包括Littelfuse的0451/0453系列保险丝，LED被点亮之前和之后的浪涌应用已全面启动，从而通过能源之星的要求。
Littelfuse目前已提供广泛的产品组合，未来将继续创新解决方案，以满足LED新驱动技术的不断变化、提升效率和成本下降的需求。
本文作者：
Usha Patel, Director, Segment Marketing ; Littelfuse Inc.
Jim Colby, Manager, Technology Development; Littelfuse Inc.
