時恒電子：壓敏電阻在LED照明中的保護應用
發布時間：2017/9/26 訪問人數：2089次
時恒電子：壓敏電阻在LED照明中的保護應用
時恒集團是集研發、生產、銷售為一體的民營科技企業，產品有全系列NTC熱敏電阻器、NTC溫度傳感器、PTC熱敏電阻器和氧化鋅壓敏電阻器等敏感元器件，其中NTC熱敏電阻器系列產品涵蓋了浪涌抑制、溫度補償、精密測溫、溫度控制等應用，囊括了熱敏電阻的所有品種和規格，是國內最大的NTC熱敏電阻生產企業
一，為什么要對LED進行保護
白光LED由于有著很多優點，正在越來越多的進入人們的日常生活之中，它的使用量現在變得非常的巨大。它是新器件，有其自身使用上的特點。白光LED屬于電壓敏感型的器件。以20mA的LED為例每支LED工作時電流不要超過20mA，超過太多LED就會很容易被燒毀。LED如果是正常使用，其壽命是非常長的。但人們在實際使用中LED往往容易壞，道理何在呢？其實就是沒有考慮到LED的使用特點和對它加上保護電路。
LED是光電半導體器件，在裝配過程中容易被靜電擊傷。這就需要在裝配過程中進行靜電防護要用到時恒電子的靜電防護的ESD貼片壓敏電阻。我們發現很多生產廠家的人沒有這個概念或根本不懂，這是不行的。
LED在實際工作中是以20mA的電流為上限，但往往會由于在使用中的各種原因而造成電流增大，如果不采 取保護措施，這種增大的電流超過一定的時間和幅度后LED就會損壞。
二，造成LED損壞的原因
1、供電電壓的突然升高。讓供電電源電壓突然升高的原因就很多了，例如電源的質量問題，或者用戶的不當使用等等原因都可能讓供電的電源電壓突然升高。這就要用到時恒電子的壓敏電阻，有些鋁基板的LED還要用到高壓的貼片壓敏電阻如3225H471VT或者3220H391VT的貼片壓敏電阻
2、線路中某個元件或印制線條或其它導線的短路而形成LED供電通路的局部短路，使這個地方的電壓增高。
3、某個LED因為自身的質量原因損壞因而形成短路，它原有的電壓降就轉嫁到其它LED上
4、燈具內的溫度過高，使LED的特性變壞。這就需要時恒電子的過熱保護的貼片熱敏電阻SMDRBH系列。
5、燈具內部進了水，水是導電的。
6、在裝配的時候沒有做好防靜電的工作，使LED的內部已經被靜電所傷害。盡管施加的是正常電壓和電流值，也是極易造成LED的損壞。
這些原因都會造成LED電流的明顯大幅上升，很快LED的芯片就會因為過熱而被燒毀。根據我們的經驗，LED燒毀后多數是兩極短路，少部分是斷路。每支LED約有3.2V左右的壓降，它燒毀后若是斷路這串LED就不發光了。若是短路這個電壓就轉給了其它的LED，造成其它LED的更大電流，其它LED就會更快的被燒毀，甚至危急電源。本來是小損壞就極容易的造成大事故。LED一般安裝在高處，安裝的時候就不容易，要維修就更難。所以LED的保護是實際的需求，但目前沒有被大家重視，也是很多人無奈沒有辦法處理的難題。
三，怎么對LED來進行保護
對LED的保護我們首先想到的是用保險管，但保險管是一次性的，而且反應速度也太慢，既效果差實際使用也很麻煩，所以保險管不適宜用于現在LED燈成品中，因為LED燈現在主要是在城市的光彩工程和亮化工程。針對這種實際的需求，我們做了大量的實驗，并根據工程的要求總結出了LED保護電路要有的特點，它很苛刻：在超出正常使用電流時能立即啟動保護，讓LED的供電通路就被斷開，使LED和電源都能得到保護，在整個燈正常后又能夠自動恢復供電，不影響LED工作，關鍵是因為它是民用產品，所加的電路不能太復雜體積不能太大，成本要低。這些要求都是互相矛盾，互相制約的，實現起來很困難。
首先應該確定選用哪種保護電路和保護器件。
1、我們可以選擇使用時恒電子的貼片壓敏電阻。當它的兩極受到反向瞬態高能量沖擊時，能以10的負12次方秒極短時間的速度，使自己兩極間的高阻立即降低為低阻，吸收高達數千瓦的浪涌功率，把兩極間的電壓箝位在一個預定的電壓值，有效的保護了電子線路中的精密元器件。瞬態電壓抑制二極管具有響應時間快、瞬態功率大、漏電流低、擊穿電壓偏差一致性好、箝位電壓較易控制、無損壞極限、體積小等優點。
2、我們可以選擇自恢復保險絲。自恢復保險絲又稱為高分子聚合物正溫度熱敏電阻PTC，是由聚合物與導電粒子等構成。在經過特殊加工后，導電粒子在聚合物中構成鏈狀導電通路。當正常工作電流通過(或元件處于正常環境溫度)時，PTC自恢復保險絲呈低阻狀態；當電路中有異常過電流通過(或環境溫度升高)時，大電流(或環境溫度升高)所產生的熱量使聚合物迅速膨脹，也就切斷了導電粒子所構成的導電通路，PTC自恢復保險絲呈高阻狀態；當電路中過電流(超溫狀態)消失后，聚合物冷卻，體積恢復正常，其中導電粒子又重新構成導電通路，PTC自恢復保險絲又呈初始的低阻狀態。在正常工作狀態自恢復保險管的發熱很小，在異常工作狀態它的發熱很高阻值就很大，也就限制了通過它的電流，從而起到了保護作用。它的體積小，成本低，可反復使用，實現了保護的自動啟動自動退出；它是固態封裝耐沖擊不容易被損壞；我們在實際的測試中發現：由于它是熱敏感器件，受溫度的影響很大，由于PTC封裝在燈具的內部，光珠肯定要發熱就要影響PTC的工作性能。對已經確定的燈具可以通過試驗來選擇PTC，比較可靠的使用方法是讓它遠離發熱的燈珠。
在具體的電路中，有兩種方式可供使用時選擇：
1、分路保護。一般LED燈是分成很多串接支路。比如24V電壓，我們都是用7支LED光珠相串接再加一支電阻構成，電流一般為17~19mA，根據需要我們可以選擇7的整數倍光珠來組合成一支整燈。我們可以在每個支路的前面加一支PTC元件分別進行保護。這種方式的好處是精確性高，保護的可靠性好。
2、總體保護。在所有光珠的前面加接一支PTC元件，對整燈進行保護。這種方式的好處是簡單，不占體積。我們一般是選用這種方式。就家用產品來說，這種保護在實際使用中的結果還是令人滿意的。
PTC的選用很講究，我們都是通過很長時間的實驗才摸索出了較為準確的對應數值。
四、LED的靜電防護
所有的物質都由原子構成，原子中有電子和質子。當物質獲得或失去電子，它將變成帶負電或正電，這些電荷在材料表面上積累我們就稱之物體帶上了靜電。電荷積累通常因材料互相接觸分離而產生，也可由摩擦引起，稱為摩擦起電。 有許多因素會影響電荷的積累，包括接觸壓力、摩擦系數和分離速度等等。靜電電荷會不斷積累，如果沒有泄放通道，這個數值最后會達到很高，直到造成電荷產生的作用停止、電荷被泄放或達到足夠的強度可以擊穿周圍物質介質為止。電介質被擊穿后，靜電電荷會很快得到平衡，這種電荷的快速中和就稱為靜電放電。由于在很小的電阻上快速泄放電壓，泄放電流會很大，可能超過20安培，如果這種放電通過靜電敏感元件進行，這么大的電流將對設計為僅導通電壓是3V多和電流是20mA的LED造成嚴重傷害。
1為什么要提高靜電的防護意識
在本世紀70前代以前，很多靜電問題都是由于人們沒有靜電防護意識而造成的，即使現在也有很多人懷疑靜電放電會對電子產品造成損壞。這是因為大多數靜電放電損害發生在人的感覺以下，因為人體對靜電放電的感知電壓約為3KV，而許多電子元件在幾百伏甚至幾十伏時就會損壞，通常電子器件被靜電放電損壞后沒有明顯的界限，把元件安裝在設備上以后再檢測，結果出現很多問題，分析也相當困難。特別是潛在損壞，即使使用精密儀器也很難測量出其性能有明顯的變化。但近年實驗證實，這種潛在損壞在一定時間以后，電子產品的可靠性明顯下降。靜電造成的損壞絕對是真真實實的。
2、靜電對電子產品損害有哪些形式？
靜電的基本物理特性為：吸引或排斥，與大地有電位差，會產生放電電流。這三種特性能對電子元件有三種影響：
①。靜電吸附灰塵，降低元件絕緣電阻(縮短壽命)。
②。靜電放電破壞，使元件受損不能工作(完全破壞)。
③。靜電放電電場或電流產生的熱，使元件受傷(潛在損傷)。
第③種情況較為普遍，也很難被及時發現。
3、靜電對電子產品損害有哪些特點？
(1). 隱蔽性
人體不能直接感知靜電除非發生靜電放電，但是發生靜電放電人體也不一定能有電擊的感覺，這是因為人體感知的靜電放電電壓為2－3 KV,所以靜電具有隱蔽性。
(2). 潛在性
有些電子元器件受到靜電損傷后的性能沒有明顯的下降，但多次累加放電會給器 件造成內傷而形成隱患。因此靜電對器件的損傷具有潛在性。
(3). 隨機性
靜電的產生也有隨機性。其損壞也具有隨機性。
(4)。復雜性
靜電放電損傷的失效分析工作，因電子產品的精、細、微小的結構特點而費時、 費事、費錢，要求較高的技術并往往需要使用掃描電鏡等高精密儀器。即使如此，有些靜電損傷現象也難以與其他原因造成的損傷加以區別，使人誤把靜電損傷失效當作其他失效。這在對靜電放電損害未充分認識之前，常常歸因于早期失效或情況不明的失效，從而不自覺地掩蓋了失效的真正原因。所以靜電對電子器件損傷的分析具有復雜性。
4、如何控制靜電放電？
從前面的分析可知靜電是由于物體接觸分離，甚至沒有接觸的感應等方式產生的，可以說：在任何時間、任何地點都可能產生靜電。要完全消除靜電幾乎不可能的，但可以采取一些措施控制靜電不造成危害。
5、如何控制人體靜電(人體靜電防護)？
人體是最普遍存在的靜電危害源。對于靜電來說，人體是導體，所以可以對人體采取接地的措施。
(1)。使用防靜電地面/ 防靜電鞋/ 襪(靜電從腳導到大地)
通過腳穿防靜電性地面、地墊、地毯，人員穿上防靜電鞋襪，形成組合接地。
(2)。佩戴防靜電腕帶并接地(靜電從手導到大地)
通過手用以泄放人體的靜電。它由防靜電松緊帶、活動按扣、彈簧軟線。保護電阻及插頭或夾頭組成。松緊帶的內層用防靜電紗線編織，外層用普通紗線編織。
6、防靜電鞋與腕帶使用中人體安全問題
僅從防靜電的角度考慮時，人體總的對地電阻越小越好，但最小值受到安全方面的限制，人體必須具有一定值的對地電阻，以便萬一發生金屬設備或裝置與工頻電源短接的情況下該電阻能夠限制流過操作的人體上的電流。最小值不應小于105Ω，最大不超過109Ω。
7、防靜電鞋與腕帶的使用中要注意哪些問題？
⑴、使用腕帶操作時不允許斷開，否則會失去接地作用 。各種腕帶使用的主要問題是開路，有時是臨時性的，有時是長時間斷開，使失去接地作用。
⑵、腕帶扣得不緊造成人體皮膚與腕帶的接觸電阻變大
⑶、有些腕帶的電阻就是帶子本身的，當帶觸及地時使其電阻大大減小，有可能因此造成對人體電擊的危險。
、有些自稱是無線的腕帶，其效果遠不如有線的好。
⑸、防靜電鞋在穿用時應有防靜電襪/鞋墊，并在防靜電地面上工作才能使人體所帶的靜電導到大地，任何一部分電阻過大或斷開都會使人體帶上危害的靜電。所以在重要的部門應有人體電阻測試儀隨時檢測人體所穿的鞋/襪/鞋墊及與人體的總電阻是否能起到泄漏靜電的要求。
⑹ 腕帶應用專門的帶插座的接地線與地連結，不能夾在桌面或桌邊的金屬體上，因為這些金屬體對地的電阻可能很大。
⑺ 要經常檢查腕帶的電阻
五、LED生產車間的靜電防護
車間工作區所使用的防靜電產品等器具，經過一段時間后，電阻就有可能大于109，為了達到防靜電的目的，建議，主要創造以下四個方面的基本條件，一是確保人體防護措施的落實；二是確保車間生產設備的靜電防護；三是努力使生產車間和周圍環境達到防靜電要求；四是完善制度，制定操作規范，建立起嚴格的內審檢查制度，確保該體系得以實施，注重對員工靜電意識的培訓；制定靜電防護用品的技術標準，保證防護用品的質量。在測控手段方面，對工作區增添溫度和濕度監測，每天記錄溫濕度；每月測量靜電壓；員工防靜衣、帽每洗一次后檢測一次表面電阻和摩擦電壓；防靜電臺墊等每年檢測一次表面電阻。車間門口設置人體綜合阻值測試儀；每月一次離子風機的平衡電壓和靜電消散時間。生產過程中請注意采取適當的防范措施，以下僅供參考：
必須能防止靜電產生：組裝人員操作時需穿戴防靜電服裝(如防靜電衣服、帽子、鞋子、指套或手套等)必須能迅速將其表面或內部的靜電散逸：組裝操作人員需配戴防靜電手腕帶。(腕帶必須連通接地系統)能提供屏蔽保護受靜電突然放電或電場沖擊：
① 組裝臺(工作臺)需使用防靜電臺墊，且接地。
② 盛裝LED需使用防靜電元件盒。
③ 烙鐵、切腳機、錫爐(或自動回流焊設備)均需接地。
作業過程中，盡可能避免直接觸摸發光管之管腳，取放時盡可能觸拿膠體部分。接地措施應完全防止靜電產生，工作臺、烙鐵、切腳機、錫爐(或自動回流焊設備)之接地，必須用粗的鐵線引入泥土內，,在鐵線未端系上大鐵塊，埋入地表1米以下，各接地線均需與主線連接在一起，操作人員配戴的靜電環若有引出線的，亦需將引出線接通埋地線上。半成品、成品檢測設備亦需接地。
LED包裝袋及半成品包裝材料要使用防靜電海棉或包裝。
時恒電子：http://www.shiheng.com.cn
