Littelfuse為LED燈泡可靠性和安全問題提供解決方案
- 劉一婷
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世界各國已體認到，單獨仰賴化石燃料能源(煤、石油、天然氣等礦物燃料)不是一個可行的長期戰略。調查顯示再生能源目前已提供太陽能、風力與水力發電等替代選擇方案。此外，節約能源是任何新能源策略之主要關鍵。
依據市場資料顯示照明約占總能源消耗量的20%。如何維持在相同照明輸出的情況下，有效降低所需損耗，將可策略性的減少對新電廠的需求，同時達成有效減少總體能源消耗的目標。在節能減碳的前提下，一般傳統75瓦的白熾燈泡將被僅需使用15瓦耗電量就能發出同樣照明光量的LED燈所取代。
世界各國紛紛頒布新規定，法律明訂傳統的白熾燈泡將由LED燈所取代，進而達到節省能源的方法。歐美與其他國家亦相繼實施，從高瓦特數的產品開始分階段淘汰傳統的白熾燈泡。
傳統的白熾燈泡將不得不由更高效能的緊湊型節能螢光燈、LED燈泡裝置所取代，其銷售額預計在未來幾年飆升。 LED照明的引進如今已取代A19與PAR白熾燈外型。此外，MR11和MR16 LED燈的外型被用來取代低效能的鹵素燈。據市場研究，LED燈泡的銷售額至2016年預計將有近27%的年複合增長率。成長的動力將來自 LED燈泡不斷創新、效率提升、單位成本快速下降的結合。
LED燈泡的安全性與可靠性保護
LED燈泡是一種固態光源，使用半導體發光二極管配置。此外，燈泡的裝置包括電力轉換(交流轉直流)、 LED驅動IC、散熱片於熱能處理和利用光學使其光量最佳化。LED燈的外型設計能與目前的白熾燈和鹵素燈泡兼容，內含電路轉換器(交流轉直流)，使其能夠從標準的燈泡插座操作。
設備裝置若直接連接到交流電源(如120/250VACrms)，可能會因為短路及零組件過載而損壞，或者是燈泡內的電路故障引起的過載情況。此外，雷電浪湧或瞬態負載切換(燈泡外源)導致環形波電壓峰值壓力，最終能損壞元件，讓燈泡壞掉。有鑑於此，LED燈泡的價值主張不僅是降低能源消耗，若要有更長的使用壽命，勢必要考量到關鍵性的瞬態電壓保護，並消除用電環境可能導致的故障因素。
此外，LED對熱能相當敏感，不容許超過85℃。有效控制LED溫度與LED驅動板低於85℃水平是永久耐用的關鍵。Littelfuse提供交流線路介面，以及直流瞬態完整的保護。詳見圖1的各種元件和LED燈泡內的電源和電路控制系統。
如圖1所示，Littelfuse的交流系列保險絲提供安全短路保護和過載條件。提供多樣化結構、額定電流、額定電壓、分斷能力和安裝選擇，讓設計工程師設計時更富彈性。
金屬氧化物壓敏電阻在電源輸入(MOV)提供過壓箝位保護。MOV最具成本效益和最大限度地減少瞬態能量的方式，可以使用至下游電子產品。金屬氧化物壓敏電阻的選擇上，包括額定電壓、峰值脈衝電流、能量定額、圓盤式大小和鉛的配置參數。 Littelfuse提供的圓盤式直徑壓敏電阻縮小到5毫米，這使得它們能夠在空間受限功率的LED燈泡電源部分使用。
MOV和保險絲必須互為一個協調解決方案，能量足已熔斷保險絲元件(也稱為「I²t」值)亦能夠支持MOV在浪湧條件保險絲不會斷開。換句話說，當鉗位與能源消耗激增時，保險絲也不應該斷開，只有在過載與短路的情況發生時應該斷開。
即使對AC輸入端置入1顆壓敏電阻，電路亦無法抵抗瞬間浪湧的情況下，瞬態抑制二極管 (TVS)可以加在逆變器的輸入階段。參考圖 1，瞬態抑制二極管對瞬變提供了第2層保護。壓敏電阻將進一步由瞬態抑制二極管減少到一定「可通過」的能量程度，讓電路維持正常運作。
Littelfuse提供多樣保險絲、壓敏電阻和瞬態抑制二極管，並依照其不同的外形、空間限制、電氣參數和成本提供選擇。Littelfuse全面性的建議請見表1。
Littelfuse提供的保險絲、MOV和TVS協助燈泡製造商的25瓦燈通過重要法規與安全標準，這些標準的例子包括：
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
一般情況下，工程師會想要在評定審查過程中測試他們的應用與保護方案是否夠堅實。若有公司缺乏浪湧測試設備，Littelfuse可協助提供實驗設施場地，以供驗證其應用設計。這種驗證測試可以提早鑑別、找出疑難問題及校正，使它不會發生任何的應用問題。
這方面的測試能力從以下例子可以看出。圖2，1個 LED燈泡通過能源之星浪湧測試，以及由此產生的電流和電壓波形被抓取。A19燈電路安裝在驅動板包括Littelfuse的0451/0453系列保險絲，LED被點亮之前和之後的浪湧應用已全面啟動，從而通過能源之星的要求。
Littelfuse目前已提供廣泛的產品組合，未來將繼續創新解決方案，以滿足LED新驅動技術的不斷變化、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.
