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摘要：  在LED驅(qū)動電源的初級保護電路中，壓敏電阻器作為一款非線性過電壓保護器件用來吸收雷電感應電壓和瞬態(tài)操作浪涌電壓等等，是眾多LED驅(qū)動電源廠家在設(shè)計中首選的過電壓保護方案。但是，由于壓敏電阻不能通過持續(xù)的大電流，并且在響應過程中會因壓敏電壓的降低而逐漸失效的特性決定了壓敏電阻在使用過程故障率居高不下的現(xiàn)實。

關(guān)鍵字：  驅(qū)動電源，  PTC熱敏電阻，  過電壓保護方案，  電解電容

一、 小功率LED驅(qū)動電源用復合型PTC熱敏電阻

我公司于2007年初推出了一款復合型PTC熱敏電阻，用來解決小功率LED驅(qū)動電源遇到的過壓、過熱、過流方面的防護問題。

在LED驅(qū)動電源的初級保護電路中，壓敏電阻器作為一款非線性過電壓保護器件用來吸收雷電感應電壓和瞬態(tài)操作浪涌電壓等等，是眾多LED驅(qū)動電源廠家在設(shè)計中首選的過電壓保護方案。但是，由于壓敏電阻不能通過持續(xù)的大電流，并且在響應過程中會因壓敏電壓的降低而逐漸失效的特性決定了壓敏電阻在使用過程故障率居高不下的現(xiàn)實。設(shè)計者們不得不將壓敏電阻的尺寸和壓敏電壓參數(shù)逐步加大和提高，但提高壓敏電壓后高殘壓降會對電路產(chǎn)生不利影響。其次，NTC熱敏電阻作為功率型浪涌抑制器，只在開關(guān)電源通電一瞬間對開關(guān)管、電解電容有沖擊保護作用。正常工作過程中因其阻值較低，對線路脈沖、操作浪涌的影響則無能為力，特別是間隔較短時間的開關(guān)操作對使用NTC作浪涌抑制的開關(guān)電源則是致命傷害。另外，用在開關(guān)電源初級使用的保險管常會因瞬態(tài)過電壓時壓敏的響應使其熔斷造成不必要的維護。在使用PTC熱敏電阻作自恢復保險絲時，由于PTC熱敏電阻的額定工作電流與環(huán)境溫度緊密聯(lián)系，為了兼顧PTC熱敏電阻在最低工作電壓，最高環(huán)境溫度下的工作電流而使得PTC熱敏電阻在常溫或低溫環(huán)境下過電壓保護時的速度偏慢或不保護，使LED驅(qū)動電源后級電路出現(xiàn)故障的概率增大。由于以上原因，我們研發(fā)了一款恰當?shù)膹秃闲蚉TC熱敏電阻，不用考慮較低的環(huán)境溫度對反應速度的影響，并能恰當?shù)亟档屠擞侩妷杭叭好}沖等對LED驅(qū)動電源的影響。意外過電壓時，nS級的短時間內(nèi)立即響應，使電源電壓鉗位在壓敏電阻的殘壓范圍內(nèi)，電源正常工作，過壓降低后恢復到最初工作狀態(tài)。具體是將一個PTC熱敏電阻和一個壓敏電阻封裝在一起，利用壓敏電阻過電壓時產(chǎn)生的電流和溫度使熱敏電阻響應迅速，利用熱敏電阻阻值上升對電壓和電流的影響反過來對壓敏電阻進行保護。由于有了熱敏電阻和壓敏電阻之間電流和電壓的綜合保護效果，在不擔心壓敏電阻損毀的前提下，在這款復合型PTC熱敏電阻的設(shè)計中，我們對壓敏電阻的壓敏電壓和熱敏電阻的額定工作電流也做了大膽的設(shè)計：在保證保護效果的前提下盡可能大地設(shè)計了該產(chǎn)品的額定工作電流。

為了驗證該復合型PTC熱敏電阻長期工作的可靠性。我公司自2007年元月5日起到2007年2月5日結(jié)束，在高壓老化壽命實驗臺上450V高壓加電1分鐘，斷電5分鐘。200只樣品中，熱敏電阻與壓敏電阻均完好無損。這更加堅定了我公司對該產(chǎn)品的推廣信心。我公司在于2007年3月19日對該復合型PTC熱敏電阻申請了實用新型專利(專利號：ZL 2007 2 0049371.4)。在儀器儀表、家用電器和LED驅(qū)動的非線性開關(guān)電源的應用中，該產(chǎn)品可直接替換電路中的壓敏電阻器、熔絲管、NTC熱敏電阻(或限流電阻)，利用該原理來實現(xiàn)的過壓、過流、過熱保護是一款經(jīng)濟實用的有效選擇。

附圖1如下：

推薦選用型號：

二、 小功率LED驅(qū)動電源用PTC熱敏電阻

在眾多的LED驅(qū)動電源方案中，有部分電源由于體積、成本等方面的原因不能選用復合型PTC熱敏電阻。我公司對此推出了：單熱敏電阻的應用方案如圖2所示：

在上述電路中，PTC熱敏電阻具有熔絲管和NTC熱敏電阻(或限流電阻)的雙重功效，可直接代替線路中的熔絲管和NTC熱敏電阻兩個器件。但由于和壓敏電阻沒有熱耦合的效果，不能對壓敏電阻起到迅速的保護。建議將壓敏電阻的壓敏電壓提升到DC471以上。因此，該方案不具備過電壓防護效果。雷電感應時，由于殘壓降偏高，對后級電路的保護效果會稍差一些。由于熱敏電阻的額定工作電流隨環(huán)境溫度的上升而下降的原因，使其也具備過流、過熱、抑制浪涌的作用。

推薦選用型號：

更簡單的電路如圖3所示：

該電路中把圖2所示的壓敏電阻也省略了，僅靠后級電路的濾波電路對瞬態(tài)過壓做些簡單防護，此目的PTC熱敏電阻相當于一個熔絲管和NTC熱敏電阻(或限流電阻) 對后級電路的防護效果為過流、過熱、抑制浪涌作用。

三、交流LED用PTC熱敏電阻

在最近流行的不帶驅(qū)動電源的AC LED燈中，用PTC熱敏電阻的額定工作電流隨環(huán)境溫度變化而變化的特性，調(diào)節(jié)交流LED燈在高溫環(huán)境下的通過電流來延長LED燈的壽命，也是時下流行的一個趨勢。如圖4所示：3W的交流LED燈

某型號的PTC熱敏電阻產(chǎn)品在50℃時的額定工作電流為14mA，并聯(lián)后的等效阻值為300Ω，當環(huán)境溫度升為60℃時熱敏電阻阻值上升，此時等效電阻值為3K，根據(jù)此原理可調(diào)節(jié)高溫時流過LED的電流。并聯(lián)不同的阻值，可達到不同的調(diào)節(jié)比例，由此延長LED的使用壽命。

在如圖5所示的電路交流LED燈中:

由于該電路設(shè)計了一顆復合型PTC熱敏電阻，使該產(chǎn)品更具備防過壓、防過流、調(diào)節(jié)高溫電流的最佳效果。

四、LED驅(qū)動芯片反饋電路用PTC熱敏電阻

由于在一定的電流下LED芯片的壽命有隨環(huán)境溫度的升高而降低的特性，在眾多廠商推出的設(shè)計方案中，有部分芯片設(shè)計了FB端口，該端口的取樣電阻隨周圍環(huán)境溫度的變化而變化，而調(diào)整不同環(huán)境溫度下輸出電流的大小來達到延長LED芯片壽命的目的，我公司針對該類型應用的產(chǎn)品的型號是MZ11-08B030-050RM和MZ11-08B040-080RM，該產(chǎn)品在70℃環(huán)境溫度時能調(diào)節(jié)20%的輸出電流，有效延長燈具的使用壽命。

五、大功率LED電源防雷用碟型熱壓敏過壓保護器

在大功率LED的路燈的LED驅(qū)動電源中，由于其使用的環(huán)境較為惡劣，一般較易受到雷電感應或異常過電壓的影響;如空曠地帶高立的路燈桿成為空氣中帶電云層的泄放通道受到雷擊;由于用電量降低導致供電壓偏高后疊加的操作浪涌等等都會使大功率LED路燈驅(qū)動電源的過壓保護和防雷保護面臨一個尷尬的局面：如果選擇壓敏電壓偏高的壓敏電阻，則會因殘壓降偏高對后級電路的保護效果不理想;如果選擇壓敏電壓較低的壓敏電阻，則會因壓敏電阻的頻繁響應而失效返修的比例過大增加維護成本。怎樣選擇一顆較低壓敏電壓又不會因頻繁響應而失效的壓敏電阻是眾多大功率LED驅(qū)動電源設(shè)計者們解不開的難題。

據(jù)此我公司根據(jù)復合型PTC熱敏電阻器熱壓敏熱耦合的綜合保護效果，設(shè)計了一款碟型熱壓敏過壓保護器，并于2011年1月19日對該復合型PTC熱敏電阻申請了實用新型專利。如圖6所示：

這是一顆壓敏電阻器和兩顆PTC熱敏電阻器組合在一起的過壓保護器。由于，熱壓敏電流和電壓之間的綜合保護效果，我們選擇了DC431的壓敏電阻應用在AC220V的交流電源環(huán)境中，我們設(shè)計了兩顆PTC熱敏電阻器左右對稱裝配。這種獨特的雙保險結(jié)構(gòu)不僅增加了該產(chǎn)品的熱容量，也使過電壓保護器件的并聯(lián)使用成為一種簡單的可能。