保护LED免受EOS损伤的两大防护方案对比

随着LED 技术的日趋成熟，LED 照明的使用越来越广泛，例如手机的LED 闪光，LED 家用灯具，汽车的LED 前灯和尾灯等等。但是该如何有效地延长LED 的使用寿命?我们今天的话题就围绕针对过度电性应力(EOS)的冲击，如何有效的保护LED 的方案之间的区别来展开。

EOS 是Electrical Over Stress 的缩写，指所有的过度电性应力。EOS 冲击的意思是电子元器件被施加的电流或者电压超过该元器件最大的设计规范要求时，该元器件便会发生性能减弱，甚至于直接损坏的现象。

LED 器件很容易受到EOS 的损伤，这种损坏有时能够直接击坏器件造成失效，而有时失效则可能在EOS 发生一段时间后才发生。电源输出质量的不稳定，各种过电压过电流的噪音，以及热插拔应用使用中的突入电流现象等都是能够产生EOS 失效的诸多因素，这种EOS 现象都属于短时间的过负荷，在短时间内(一般在1s内)LED 受到尖峰电压或者尖峰电流的冲击，这种电压或者电流的能量超过了LED 的设计额定值，从而损伤LED 器件。

简单介绍了LED 的EOS 问题后，我们来看看解决方案。保护LED 免受EOS 损伤的防护方案基本都是将EOS 产生的瞬态电压箝位在器件所能承受的范围内。理论上消除这种瞬态电压最好的防护器件是电容，电容能很好的将瞬态电压吸收。但是在实际应用中，由于电容的高温寿命和较大体积等因素，实在不是一种比较好的方案。

因此大多的工程师在解决该问题时往往偏向于使用TVS 稳压管来进行保护，但是在选择TVS 管的时候必须考虑到TVS 管所能承受的最大功率，由于EOS 冲击的瞬态能量的不确定性，想要完全承受所有的EOS 冲击的瞬态能量就需要选择比较昂贵的大功率TVS 管，这往往是产品工程师所不愿意的。如果因为成本问题选择相对较小功率的TVS 管后，在实际的应用中有较大能量的EOS 冲击，可能会减弱、甚至损坏TVS管的保护功能。如果TVS 管损坏，那后续的EOS 将直接对LED 形成冲击，导致LED 的受损。另外，TVS 管的箝位电压的精度也会直接影响到EOS 冲击对后续LED 的作用，因为加在LED 两端的电压增加都会立刻表现为流经LED 的电流增大。

另外还有一种方案，就是使用TE 公司的PolyZen 系列元器件，该起降能够有效的减轻EOS 侵扰，提高产品的可靠性。TE公司电路保护部的PolyZen 产品是独立的表面贴装器件，它集成了一个可供选择齐纳电压(Vz)的精密齐纳二极管，以及一个PolySwitch 聚合物正温度系数(PPTC)器件，产品原理图如图1所示。PolyZen系列适用于空间狭小的薄型紧凑型环境，它使用了具有热保护功能的齐纳二极管，以帮助保护电子产品避免电压瞬变、反向偏置和错误的电源使用造成的失效。如图2,Polyzen 产品的典型应用框图，在故障状态时，精密齐纳二极管能快速有效的钳位电压并分流故障电流，而PolySwitch PPTC 组件则可以继而快速的关断过大的电流，从而帮助保护齐纳二极管和下游电子组件。

图1:PolyZen 产品原理图

图2:PolyZen 产品的典型应用

PolyZen 产品的典型故障响应如图3 所示，图例中选用的是一个集成了5.6V齐纳电压的PolyZen 器件，在24V 过压条件(Vin)下，系统有10A 的故障电流(Iflt)通过，PolyZen 器件中的精密齐纳二极管能够快速的将输出电压(Vout)钳位在5.6V 附近，保护了负载电路，同时器件中的PPTC 能够快速的动作截断电流，持续长久保护齐纳二极管与整个电路。

图 3:PolyZen产品的典型故障响应

将PolyZen产品用于LED 的EOS 保护电路中时，不仅能快速将EOS 的瞬态电压箝位到安全电压以下，并且当EOS 冲击的能量较大时，PolyZen 器件内部的齐纳二极管会促使PPTC 动作，保护齐纳二极管本身以及后续电路。而且在有些不能因为故障而缺失照明的LED 照明系统中，PPTC 更优于其他过流保护器件，因为PPTC 在保护状态下依然能使LED 发光而不损坏LED,且集成在PolyZen 器件内部的齐纳二极管的箝位电压精度非常高，能准确的将电压箝位在安全范围内。因此相对于TVS 管的EOS 保护方案，PolyZen 器件具有更多优势。

PolyZen 系列元器件是具有纤薄外形的集成式过压和过流保护器件，具有强大的电路保护功能，以帮助保护敏感的电子产品，避免因为过压和过流失效而导致的代价昂贵的产品返修和质保问题。PolyZen 系列产品为电路板设计人员提供了方便的过压过流保护器件，让他们不再需要花费大量的时间去集成并测试低效的分立器件及较昂贵的IC 解决方案。 如今PolyZen 系列产品已经有丰富的齐纳二极管与PPTC 集成组合方便实际应用选择。其小尺寸，独立贴装，多功能保护已经成为过流过压保护应用中一种具备显着性能与价格优势的创新型解决方案，超越了使用熔断器、齐纳二极管和其它无源组件的分立式解决方案。