如何提高戶外ACLED產品的抗雷擊浪涌能力

ID:130231 · 發表于 2017-3-28 20:56

如何提高戶外ACLED產品的抗雷擊浪涌能力，感覺不錯，分享給大家

常見的高壓線性恒流方案成為一種未來大趨勢，其發展過程經歷了以下幾個階段：

1.恒流晶體管+外置MOS

2.恒流管+內置MOS+溫度補償電路

3.智能控制IC+外置MOS

4.多通道恒流+內置MOS

5.多通道恒流+內置MOS+溫度補償電路+過壓調節

縱觀以上高壓線性恒流方案的各個發展階段，當EMC、諧波、高成本、電流、溫升、靜電、頻閃，所有能用芯片技術解決的問題全部被一一解決之后，唯有雷擊浪涌，這個必須由功率器件來解決的問題一直困擾著行業人士。

從高壓線性恒流LED方案發展的各個階段可以看出，在不加任何防護器件的下,1500V的全相位的差模浪涌一定可以把所有的高壓線性恒流方案的LED燈具徹底損壞!雖然用壓敏電阻的不同組合，可以提升高壓線性恒流LED燈具抗雷擊浪涌能力，能滿足室內燈具的簡單要求，但對于戶外使用的大功率LED燈具仍舊沒有更好的辦法來更進一步提升其抗雷擊浪涌的能力。GB/T 17626.5建議產品滿足差模2KV、共模4KV的標準。雖然絕大部分廠家用這個標準來安慰自己的產品滿足了國家標準的要求，但內心也明白，此標準遠遠不能滿足實際要求。真正被雷擊打壞時也是吃了暗虧做不得聲如圖所示的電路，是我公司了解的目前最完整的保護方案，全相位的差模雷擊浪涌能力不會超過3KV，如果是陶瓷基板共模4KV沒問題，如果是鋁基板共模4KV就要做仔細思考一下。

1.如圖所示：慢熔斷保險與壓敏電阻的匹配必須滿足以下表格

由以上表格可知，當電流保險絲與壓敏匹配不當時，正常的浪涌吸收過程可以導致保險損壞，增加故障率
2.由于貼片限流電阻的功率問題，在抗雷擊浪涌的過程中需要多顆限流電阻并聯，這不僅增加了元器件數目，增加了鋁板排板空位，增加了故障率，并且前后限流電阻的功率會明顯不一樣
3.對于兩顆壓敏會選擇相同的電壓等級，但無法判斷是前高后低還是前低后高，導致對浪涌的吸收順序有偏差，增大壓敏電阻和限流電阻的故障率
上述三種情況屬于保護器件損壞
4.當上述電路的壓敏電壓提升較高時，由470VDC提升到560VDC時，雷擊浪涌過程中的高殘壓也會導致燈具的過壓損壞，這個損壞有可能是硅橋、恒流芯片、MOS管或燈珠，這種損壞屬于被保護對象的損壞
綜上所述，該電路保險絲、限流電阻、壓敏的匹配都易成為故障點，并且全相位抗雷擊浪涌能力最大不會超過3KV

為了降低這種對保護器件和被保護器件的損壞，在高壓線性恒流LED方案中，最有效的辦法是：增加一個獨立的“ACLED過壓保護控制器”來降低雷擊浪涌過程中的殘壓和提升保護器件的抗雷擊浪涌能力
怎樣在降低雷擊浪涌殘壓的同時提升保護器件的抗雷擊浪涌能力呢？

首先我們知道：相同的浪涌電流流過不同壓敏電壓的壓敏電阻時，壓敏電壓越高的
產品殘壓降越大，相同的浪涌電流流經相同壓敏電壓不同直徑的壓敏電阻時，壓敏直徑越大的產品殘壓降越低！

其次我們知道，不同的雷擊浪涌電流流過相同壓敏電壓的壓敏電阻時，電流越大殘壓越高！

由此可知，降低壓敏電阻的殘壓有三種辦法：
         1.降低流過壓敏電阻的電流
         2.增大壓敏電阻的直徑
         3.降低壓敏電阻的壓敏電壓
提升壓敏電阻可靠性也有三種辦法：
      1.降低流過壓敏電阻的電流
      2.增大壓敏的直徑來提升流通容量
      3. 提升壓敏電阻的壓敏電壓來減少雷擊響應次數
但是由此而帶來四方面的問題也不能忽視：
      1.用限流電阻降低流過壓敏電阻的電流時帶來器件故障
      2.增大壓敏電阻直徑帶來的壓敏裝配問題及成本問題
      3.電壓波動、操作浪涌、雷擊感應對低壓敏電壓的壓敏電阻帶來的保險絲故障及壓敏電阻故障
      4.提升壓敏電阻可靠性時提升壓敏電阻的壓敏電壓給后級電路帶來的不作為現象

提升壓敏電阻可靠性必須提升壓敏電壓；
   提升燈具可靠性又必須降低壓敏電壓；
兩者之間如何取舍呢？相信大家都很糾結
有沒有一款低壓敏電壓值的壓敏電阻在220VAC的電壓環境下表現出極大的可靠性呢？或者簡單點問：電壓值為390VDC的壓敏電阻有沒有可能在220VAC的電壓環境下可靠使用呢？
在絕大部分硬件工程師的腦海中深刻地印記著這么一個選擇公式：
            U1mA=(2-2.2)Un

   51黑電子論壇在此告訴大家：U1mA=1.8Un這個選擇也許成立勁陽電子復合型PTC 熱敏電阻在雷電感應及操作浪涌情況表現出來的優異的低殘壓特性和耐高過壓能力正是我們這款ACLED過壓保護器最核心的技術

由于PTC 熱敏電阻限制了流過壓敏電阻的浪涌電流，再加上壓敏電阻本身390VDC的低壓敏電壓，使得輸入端在1-10KV/2Ω的浪涌電壓下始終能保持低于600VDC的殘壓。
面對自然環境中殘酷的雷擊環境，相同的雷擊電壓，不同的落點距離對被保護對象的損害程度完全不一樣，上述電路中僅靠復合型PTC熱敏電阻對雷擊浪涌的“堵”顯得有些力不從心

為了加強對雷電的防護能力，我公司在上述電路增加多一級防護電路，加強了對雷電的“疏”導能力，并在此基礎上防護增加了共模防護措施，如圖所示：

在6000V/2Ω雷擊浪涌電壓下的保護波形如下圖所示：

該款產品的特點：串聯接入、疏堵結合、低殘壓、共差模防護、雙級聯動、多點響應、高流通量，可并聯使用
該產品的外形如圖所示，尺寸

該產品通過了CB認證，滿足IEC61347-2-11的要求，可直接出口到”CB”認證的接受國家

目前高壓線性恒流ACLED有鋁基板方案及陶瓷基板方案，這兩種方案在對雷擊浪涌的防護上各有優缺點:
1.鋁基板方案尺寸大，可以在鋁基板上排列部分浪涌防護器件，如限流電阻、壓敏電阻保險絲等；缺點是差模防護能力有限，共模防護能力較弱。共模防護能力較強時又會直接影響芯片的散熱能力帶來其他一系列問題