如何提高户外ACLED产品的抗雷击浪涌能力

ID:130231 · 发表于 2017-3-28 20:56

如何提高户外ACLED产品的抗雷击浪涌能力，感觉不错，分享给大家

常见的高压线性恒流方案成为一种未来大趋势，其发展过程经历了以下几个阶段：

1.恒流晶体管+外置MOS

2.恒流管+内置MOS+温度补偿电路

3.智能控制IC+外置MOS

4.多通道恒流+内置MOS

5.多通道恒流+内置MOS+温度补偿电路+过压调节

纵观以上高压线性恒流方案的各个发展阶段，当EMC、谐波、高成本、电流、温升、静电、频闪，所有能用芯片技术解决的问题全部被一一解决之后，唯有雷击浪涌，这个必须由功率器件来解决的问题一直困扰着行业人士。

从高压线性恒流LED方案发展的各个阶段可以看出，在不加任何防护器件的下,1500V的全相位的差模浪涌一定可以把所有的高压线性恒流方案的LED灯具彻底损坏!虽然用压敏电阻的不同组合，可以提升高压线性恒流LED灯具抗雷击浪涌能力，能满足室内灯具的简单要求，但对于户外使用的大功率LED灯具仍旧没有更好的办法来更进一步提升其抗雷击浪涌的能力。GB/T 17626.5建议产品满足差模2KV、共模4KV的标准。虽然绝大部分厂家用这个标准来安慰自己的产品满足了国家标准的要求，但内心也明白，此标准远远不能满足实际要求。真正被雷击打坏时也是吃了暗亏做不得声如图所示的电路，是我公司了解的目前最完整的保护方案，全相位的差模雷击浪涌能力不会超过3KV，如果是陶瓷基板共模4KV没问题，如果是铝基板共模4KV就要做仔细思考一下。

1.如图所示：慢熔断保险与压敏电阻的匹配必须满足以下表格

由以上表格可知，当电流保险丝与压敏匹配不当时，正常的浪涌吸收过程可以导致保险损坏，增加故障率
2.由于贴片限流电阻的功率问题，在抗雷击浪涌的过程中需要多颗限流电阻并联，这不仅增加了元器件数目，增加了铝板排板空位，增加了故障率，并且前后限流电阻的功率会明显不一样
3.对于两颗压敏会选择相同的电压等级，但无法判断是前高后低还是前低后高，导致对浪涌的吸收顺序有偏差，增大压敏电阻和限流电阻的故障率
上述三种情况属于保护器件损坏
4.当上述电路的压敏电压提升较高时，由470VDC提升到560VDC时，雷击浪涌过程中的高残压也会导致灯具的过压损坏，这个损坏有可能是硅桥、恒流芯片、MOS管或灯珠，这种损坏属于被保护对象的损坏
综上所述，该电路保险丝、限流电阻、压敏的匹配都易成为故障点，并且全相位抗雷击浪涌能力最大不会超过3KV

为了降低这种对保护器件和被保护器件的损坏，在高压线性恒流LED方案中，最有效的办法是：增加一个独立的“ACLED过压保护控制器”来降低雷击浪涌过程中的残压和提升保护器件的抗雷击浪涌能力
怎样在降低雷击浪涌残压的同时提升保护器件的抗雷击浪涌能力呢？

首先我们知道：相同的浪涌电流流过不同压敏电压的压敏电阻时，压敏电压越高的
产品残压降越大，相同的浪涌电流流经相同压敏电压不同直径的压敏电阻时，压敏直径越大的产品残压降越低！

其次我们知道，不同的雷击浪涌电流流过相同压敏电压的压敏电阻时，电流越大残压越高！

由此可知，降低压敏电阻的残压有三种办法：
         1.降低流过压敏电阻的电流
         2.增大压敏电阻的直径
         3.降低压敏电阻的压敏电压
提升压敏电阻可靠性也有三种办法：
      1.降低流过压敏电阻的电流
      2.增大压敏的直径来提升流通容量
      3. 提升压敏电阻的压敏电压来减少雷击响应次数
但是由此而带来四方面的问题也不能忽视：
      1.用限流电阻降低流过压敏电阻的电流时带来器件故障
      2.增大压敏电阻直径带来的压敏装配问题及成本问题
      3.电压波动、操作浪涌、雷击感应对低压敏电压的压敏电阻带来的保险丝故障及压敏电阻故障
      4.提升压敏电阻可靠性时提升压敏电阻的压敏电压给后级电路带来的不作为现象

提升压敏电阻可靠性必须提升压敏电压；
   提升灯具可靠性又必须降低压敏电压；
两者之间如何取舍呢？相信大家都很纠结
有没有一款低压敏电压值的压敏电阻在220VAC的电压环境下表现出极大的可靠性呢？或者简单点问：电压值为390VDC的压敏电阻有没有可能在220VAC的电压环境下可靠使用呢？
在绝大部分硬件工程师的脑海中深刻地印记着这么一个选择公式：
            U1mA=(2-2.2)Un

   51黑电子论坛在此告诉大家：U1mA=1.8Un这个选择也许成立劲阳电子复合型PTC 热敏电阻在雷电感应及操作浪涌情况表现出来的优异的低残压特性和耐高过压能力正是我们这款ACLED过压保护器最核心的技术

由于PTC 热敏电阻限制了流过压敏电阻的浪涌电流，再加上压敏电阻本身390VDC的低压敏电压，使得输入端在1-10KV/2Ω的浪涌电压下始终能保持低于600VDC的残压。
面对自然环境中残酷的雷击环境，相同的雷击电压，不同的落点距离对被保护对象的损害程度完全不一样，上述电路中仅靠复合型PTC热敏电阻对雷击浪涌的“堵”显得有些力不从心

为了加强对雷电的防护能力，我公司在上述电路增加多一级防护电路，加强了对雷电的“疏”导能力，并在此基础上防护增加了共模防护措施，如图所示：

在6000V/2Ω雷击浪涌电压下的保护波形如下图所示：

该款产品的特点：串联接入、疏堵结合、低残压、共差模防护、双级联动、多点响应、高流通量，可并联使用
该产品的外形如图所示，尺寸

该产品通过了CB认证，满足IEC61347-2-11的要求，可直接出口到”CB”认证的接受国家

目前高压线性恒流ACLED有铝基板方案及陶瓷基板方案，这两种方案在对雷击浪涌的防护上各有优缺点:
1.铝基板方案尺寸大，可以在铝基板上排列部分浪涌防护器件，如限流电阻、压敏电阻保险丝等；缺点是差模防护能力有限，共模防护能力较弱。共模防护能力较强时又会直接影响芯片的散热能力带来其他一系列问题