中心議題：

• 自恢複保險絲剛剛開始起步成本高
• 不一致性帶來的問題
• 驅動電路複雜成本高
  、故障率高
• 解決問題的方法與可行性分析
• LED的溫度依賴性

解決方案：

• 解決問題的方法可用自複位過流保護器WHPTC元件

一、剛剛開始起步成本高

zhaomingchengbenbujinshejidengjudechushichengben，haishejidengjusuoxiaohaodenengyuanchengben
，dengjuwufazhengchanggongzuoshigenghuandengjusuoxudelaodongchengben，yijisuoxudengjugenghuandepingjunpinlv。congzheyigainianchufajiuhenrongyilijie，weishenmeLED光源是白熾燈光源價格的50倍左右時，LED交通信號燈的市場就開始啟動，而當達到28倍bei時shi，就jiu已yi形xing成cheng新xin興xing產chan業ye。目mu前qian半ban導dao體ti照zhao明ming主zhu要yao以yi光guang色se照zhao明ming和he特te殊shu照zhao明ming為wei主zhu，以yi後hou將jiang向xiang普pu通tong照zhao明ming擴kuo展zhan。具ju體ti來lai講jiang，近jin幾ji年nian內nei，半ban導dao體ti照zhao明ming市shi場chang將jiang廣guang泛fan應ying用yong在zai各ge種zhong信xin號hao燈deng、景觀照明、櫥窗照明、建築照明、廣場和街道的美化
、家庭裝飾照明

、公共娛樂場所美化和舞台效果照明等領域。事實上

，我們身邊已經隨處可見它的身影：電腦顯示燈
、手機按鍵和屏幕的背光源、汽車尾燈、建築物燈光、交通信號燈……等等。

 二、不一致性帶來的問題：

理論上LED都一樣，都是能發光的二極管
，而實際上所有LED的電性能都是有差異的，眾多的廠家都在搶生產進度、抓數量
；每個廠家的生產工藝是不一致的，甚至相差很大，就是同一廠家的不同時間的工藝都是有差異的
；生產發光二極管的半導體材料的純度要求非常高，不同廠家使用的半導體原材料的純度是有差異的
，這就使LED的發光強度與驅動電流是不完全相同的，或者相差很大
，而且耐過電流能力和發熱的差異也就自然而然的不同了；由(you)於(yu)封(feng)裝(zhuang)工(gong)藝(yi)和(he)封(feng)裝(zhuang)材(cai)料(liao)的(de)不(bu)同(tong)
，使(shi)得(de)整(zheng)體(ti)的(de)散(san)熱(re)能(neng)力(li)是(shi)不(bu)一(yi)樣(yang)的(de)
，所(suo)有(you)的(de)廠(chang)家(jia)都(dou)在(zai)研(yan)究(jiu)和(he)開(kai)發(fa)新(xin)材(cai)料(liao)

，以(yi)求(qiu)解(jie)決(jue)組(zu)合(he)材(cai)料(liao)的(de)熱(re)彭(peng)脹(zhang)與(yu)散(san)熱(re)的(de)問(wen)題(ti)。由(you)此(ci)不(bu)難(nan)看(kan)出(chu),LED發光二極管在短期內仍存在個體之間的很大的差異，如果每個燈隻用一個LED，那是很好控製的，而且是真正的長壽命，例如電視機、DVD上的電源指示燈就是如此
；而當我們用LED製作照明燈具時，就不是用單個的LED，而是用多個，或上百上千個LED排成陣列接入電路，再者
，需要的亮度就不是指示燈所能做到的，而電流大了、小了亮度都要減弱，且會使壽命大打折扣

，甚而致於未出廠就壞掉了
；因LED的差異性總是存在的，在多個LED組成的連路中
，當有幾個壞掉時(通常是短路)，會使電流增大而損壞其他的LED。這就是不一致性帶的結果，也是製約其發展的因素之一。

三、驅動電路複雜成本高

、故障率高

a.在電壓匹配方麵，LED不象普通的白熾燈泡，可以直接連接220V的交流市電。LED是2--3.伏的低電壓驅動
，必須要設計複雜的變換電路
，不同用途的LED燈
，要配備不同的電源適配器。

b.在電流供應方麵，LED的正常工作電流在15mA-18mA
，供電電流小於15mA時LED的發光強度不夠，而大於20mA時，發光了強度也會減弱，同時發熱大增，老化加快、壽命縮短，當超過40mA時會很快損壞。為了延長LED照明燈的使用壽命，簡易電源是不能使用的
，而常用集成電路電源、電子變壓器、分(fen)離(li)元(yuan)件(jian)電(dian)源(yuan)等(deng)，但(dan)都(dou)要(yao)設(she)計(ji)恒(heng)流(liu)源(yuan)電(dian)路(lu)和(he)恒(heng)壓(ya)源(yuan)電(dian)路(lu)供(gong)電(dian)的(de)方(fang)式(shi)，大(da)電(dian)流(liu)驅(qu)動(dong)時(shi)，要(yao)配(pei)大(da)功(gong)率(lv)管(guan)或(huo)可(ke)控(kong)矽(gui)器(qi)件(jian)，另(ling)加(jia)保(bao)護(hu)電(dian)路(lu)
，這(zhe)樣(yang)就(jiu)使(shi)LED的電源供應器電路很複雜，故障率增加。元件成本
、生產成本、服務成本都將升高。而目前LED本身的成本就高，加上電源的成本
，這就大大地限製了市場的競爭力與購買群體
，LED照明燈的優勢大打折扣，這也是製約其發展與普及的又一關鍵問題。

四、解決問題的方法與可行性分析：

解決問題的方法可用自複位過流保護器WHPTC元件

如果用WHPTC過(guo)流(liu)保(bao)護(hu)器(qi)作(zuo)保(bao)護(hu)，將(jiang)是(shi)另(ling)外(wai)一(yi)種(zhong)結(jie)果(guo)
，從(cong)原(yuan)理(li)可(ke)知(zhi)，當(dang)電(dian)路(lu)的(de)電(dian)流(liu)超(chao)過(guo)規(gui)定(ding)值(zhi)時(shi)會(hui)訊(xun)速(su)的(de)自(zi)動(dong)保(bao)護(hu)，在(zai)排(pai)除(chu)故(gu)障(zhang)後(hou)又(you)自(zi)動(dong)複(fu)位(wei)，無(wu)需(xu)人(ren)工(gong)更(geng)換(huan)。對(dui)LED而言
，電壓的變化不是LED損壞的直接原因，而電流的增大才是LED的真正殺手。顯而易見，利用WHPTC的這個特性，在LED的電路保護上具有絕對的優勢，讓簡易電源供電變為現實。實踐證明，在LED電路出現故障以前就有效保護了。在簡易電源上
，這個優勢特別突出。對如下3圖分析可見，因有了WHPTC後可省去恒流、恒壓電路， LED的質量也提高了。器件成本、生產成本、故障率、服務成本等，都大大降低。也大大增加了產品的市場競爭力。所以誰先使用WHPTC，誰先占領市場。
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使用WHPTC前後的拓撲結構比較圖
淺談LED產品老化 我們在應用LED時經常會出現這樣種問題
，LED焊在產品上剛開始的時候是正常工作的，但點亮一段時間以後就會出現暗光、閃動、故障、間斷亮等現象
，給產品帶來嚴重的損害。引起這種現象的原因大致有：

1．應用產品時，焊接製程有問題，例如焊接溫度過高焊接時間過長，沒有做好防靜電工作等，這些問題95％以上是封裝過程造成。

2．LED本身質量或生產製程造成。 預防方法有：

1.做好焊接製程的控製。

2.對產品進行老化測試。

老化是電子產品可靠性的重要保證，是產品生產的最後必不可少的一步。LED產品在老化後可以提升效能，並有助於後期使用的效能穩定。LED老化測試在產品質量控製是一個非常重要的環節，但在很多時候往往被忽視，無法進行正確有效的老化。LED老lao化hua測ce試shi是shi根gen據ju產chan品pin的de故gu障zhang率lv曲qu線xian即ji浴yu盆pen曲qu線xian的de特te征zheng而er采cai取qu的de對dui策ce
，以yi此ci來lai提ti高gao產chan品pin的de可ke靠kao性xing，但dan這zhe種zhong方fang法fa並bing不bu是shi必bi需xu的de
，畢bi竟jing老lao化hua測ce試shi是shi以yi犧xi牲sheng單dan顆keLED產品的壽命為代價的。

LEDlaohuafangshibaokuohengliulaohuajihengyalaohua。hengliuyuanshizhidianliuzairenheshijiandouhengdingbubiande。youpinlvdewenti

，jiubushihengliule。nashijiaoliuhuomaidongdianliu。jiaoliuhuomaidongdianliuyuankeyishejichengyouxiaozhihengdingbubian，danzhezhongdianyuanwufachengzuo「恒流源」。恒流老化是最符合LED電流工作特征，是最科學的LED老化方式
；過電流衝擊老化也是廠家最新采用的一種老化手段，通過使用頻率可調
，電流可調的恒流源進行此類老化
，以期在短時間內判斷LED的質量預期壽命，並且可挑出很多常規老化無法挑出的隱患LED。 有效防止高溫失靈-PTC熱敏電阻用作LED限流器 近年來
，發光二極管(簡稱LED)的發展已取得巨大進步：已從純粹用作指示燈發展為光輸出達100流明以上的大功率LED。不久之後

，LED照明的成本將降至與傳統冷陰極熒光燈(簡稱CCFL)類似的水平。這使得人們對LED的下述應用興趣日濃： 汽車照明燈、建築物內外的LED光源
、以及筆記本電腦或電視機LCD屏的背光。 大功率LED技術的發展提高了設計階段對散熱的要求。就像所有其它半導體一樣，LED不能過熱

，以免加速輸出的減弱，或者導致最壞狀況：完全失效。與白熾燈相比，雖然大功率LED具(ju)有(you)更(geng)高(gao)效(xiao)率(lv)，但(dan)是(shi)輸(shu)入(ru)功(gong)率(lv)中(zhong)相(xiang)當(dang)大(da)的(de)一(yi)部(bu)分(fen)仍(reng)變(bian)成(cheng)熱(re)能(neng)而(er)非(fei)光(guang)能(neng)。因(yin)而(er)，可(ke)靠(kao)的(de)運(yun)作(zuo)就(jiu)需(xu)要(yao)良(liang)好(hao)的(de)散(san)熱(re)，並(bing)要(yao)求(qiu)在(zai)設(she)計(ji)階(jie)段(duan)就(jiu)考(kao)慮(lv)高(gao)溫(wen)環(huan)境(jing)。 　　設計LED驅動電路尺寸時，也必須考慮溫度因素：必須選擇其正向電流
，以確保即使環境溫度達到最高值
，LED芯片也不會過熱。隨著溫度的升高
，就需要通過降低最高容許電流，即降低額定值，來實現降溫。LED製造商把降額曲線納入其產品規格中。有關此類曲線，參見圖1。
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利用無溫度依賴性的電源運行LED存在弊端：在高溫區域內，LED則超出規格範圍運行。此外
，當處於低溫區域時，照明源就由明顯低於最大容許電流(參見圖1紅色曲線)的電流供電。如圖1的綠色曲線所示，通過LED驅動電路中的正溫度係數熱敏電阻(簡稱PTC熱敏電阻)來控製LED電流是一個重大改進。這至少可以帶來下列好處：

*在室溫下增加正向電流，從而增加光輸出

*因為可以減少LED使用量
，所以可以使用價格較低的驅動集成電路(簡稱IC)乃至一個不帶溫度管理的驅動電路來節約成本

*實現無需IC控製的驅動電路設計
，此電路亦可使LED電流隨溫度改變

*能夠使用較便宜減額值較高安全裕量較小的LED

*過熱保護功能提高了可靠性

*帶散熱片的熱機械設計更為簡單

大多數LED用驅動電路形式具有一個共同點：即流經LED的正向電流是通過固定電阻進行設置(參見圖2)。一般說來

，流經LED ILED的電流取決於Rout
，即ILED ~ 1/Rout。由於Rout不隨溫度而變，因此LED電流也不受溫度影響。

將固定電阻換成隨溫度變化的電路，即可實現對LED電流的溫度管理。下列圖表闡明了如何使用PTC熱敏電阻來改善標準電路。

示例1：有反饋回路的恒流源

圖2中電路1為常用的驅動電路。其恒流源包括一條反饋回路。當調節電阻兩端的反饋電壓達到因IC而異的VFB時，LED電流就不變了。LED電流因而被穩定在ILED=VFB/Rout。

圖3所示為上一電路改良型：此電路借由PTC熱敏電阻，生成隨溫度變化的LED電流。通過正確選擇PTC熱敏電阻、Rseries以及Rparallel，此電路與專用驅動IC和LED組合相匹配。其中，LED電流可經由下列方程式計算得出：

圖3所示電路闡明了LED電流(參見圖3)的溫度依賴性。與針對最高運行溫度為60度的恒流源相比較，使用PTC熱敏電阻後LED電流可在0度和40度之間提升達40%，並且LED亮度也能提高同等百分比。

示例2：調節電阻與LED無串聯的恒流源

圖2所示電路2為另一常見的恒流源電路：電流通過連接驅動IC的電阻得以確定。然而在這種情況下，調節電阻並未與LED串聯。Rset和ILED之間的比率由IC規格明確。因此，運用20KΩ的串聯電阻和TLE4241G型驅動IC

，最終產生的LED電流為30mA。圖4所示為標準電路改良型
，其中也含有一個PTC熱敏電阻，盡管此處采用WHPTC熱敏電阻。在感測溫度，元件電阻可達4.7KΩ，且容許誤差值為±5℃(標準係列)或±3℃(容許誤差值精確係列)。
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圖4所示為隨外界溫度而變化的LED電流。固定電阻Rseries容許誤差範圍小，在低溫時支配總電阻。隻有在低於PTC熱敏電阻的感測溫度大約15 K時，由於PTC熱敏電阻的阻值開始增加
，電流才會開始下降。在感測溫度(總電阻=Rseries+RPTC=19.5KΩ+4.7KΩ=24.2KΩ)時的電流大約為23mA。PTC電阻在溫度更高時急劇上升，迅速引發斷路
，從而避免因溫度過高出現故障。

示例3：無IC簡單驅動電路

如圖2所示電路3，LED也可在無驅動IC的情況下工作。圖示電路是通過車用電池驅動單一200mA LED。穩壓器生成5 V的穩定電源電壓Vstab
，以避免電源電壓出現波動。LED在Vstab處運作
，電流則通過與LED串聯的電阻元件Rout決定。在這類電路中，通過下一則等式可算出獨立於溫度的正向電流，在此等式中
，VDiode是一個LED的正向電壓：

另一做法是將WHPTC的徑向引線式PTC熱敏電阻以及兩個固定電阻相組合後，替代上述固定電阻，如圖所示。

由於LED電流的絕大部分流經PTC熱敏電阻本身
，因此需要選擇一個較大的徑向引線式元件。PTC將因為流經電阻本身的電流而導致發熱，因此會一直減少電流
，無論環境溫度為何(如圖5所示)。並聯兩個或更多片式PTC熱敏電阻會將電流分流，但此方案仍存在局限性。

電流值主要是通過適當選擇兩個固定電阻來設置的。這兩個電阻也在改進電路方麵也起到重要作用，因為它們將產生的LED正向電流的允差保持在較低水平。這在正常工作溫度範圍內尤其重要，因為此時PTC熱敏電阻本身的阻值允差仍較高。第二個並聯固定電阻也能確保PTC不會在極端高溫情況下徹底關閉LED，因此
，電流不會降至低於下列等式計算的所得值：

這項性能在例如汽車電子這樣的應用中極其重要
，因為安全要求不允許照明燈徹底關閉。

背景資料：LED的溫度依賴性

像所有半導體一樣，LED的de最zui高gao容rong許xu結jie點dian溫wen度du不bu能neng超chao過guo，以yi免mian導dao致zhi過guo早zao老lao化hua或huo者zhe完wan全quan失shi效xiao。如ru果guo結jie點dian溫wen度du要yao保bao持chi在zai臨lin界jie值zhi以yi下xia，那na麼me外wai界jie溫wen度du升sheng高gao時shi
，最zui高gao容rong許xu正zheng向xiang電dian流liu則ze必bi須xu下xia降jiang。不bu過guo，如ru果guo運yun用yong散san熱re器qi，在zai特te定ding的de外wai界jie溫wen度du時shi正zheng向xiang電dian流liu可ke以yi增zeng加jia。LED的光輸出隨著芯片結點溫度的升高而下降。上述情況主要發生在紅色和黃色LED
，白色LED則與溫度關係較小。光照效率和正向電流保持同步增長，不過，安裝在結層和環境之間的LED所具備的高熱阻率可以降低乃至逆轉這種作用，這是因為隨著結點溫度的上升
，發射光會降低。

此外
，當結點溫度上升且LED正向電壓與溫度保持同步增長時，發射光的主波長會以+0.1 nm / K的典型速率增長。 各種白光LED驅動電路特性評比 1996年，日亞化學的中村氏發現藍光LED之後
，白光LED就被視為照明光源最具發展潛力的組件，因此
，有關白光LED性能的改善與商品化應用，立即成為各國研究的焦點。目前,白光LED已經分別應用於公共場所的步道燈
、汽車照明、交通號誌、可攜式電子產品、液晶顯示器等領域。由於白光LED還具備豐富的三原色色溫與高發光效率的特性，一般認為非常適用於液晶顯示器的背光照明光源，因此
，各廠商陸續推出白光LED專用驅動電路與相關組件。鑒於此，本文就LED專用驅動電路的特性與今後的發展動向進行簡單闡述。
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1 定電流驅動的理由

1.1 白光LED的光度以順向電流規範

白光LED的順向電壓通常被規範成20mA時
，最小為3.0V
，最大為4.0V
，也就是若單純施加一定的順向電壓時，順向電流會作大範圍的變化。
圖1是從A
、B兩家LED企業的產品中隨機取三種白光LED樣品進行順向電壓與順向電流特性檢測的結果。根據檢測結果顯示
，若利用3.4V順向電壓驅動上述六種白光LED時
，順向電流會在10~44mA範圍內大幅變動。表1為白光LED的電氣與光學特性。

由於白光LED的光度與色度是以定電流方式量測的，所以，為獲得預期的亮度與色度，通常是用定電流驅動。
表2為光學坐標的等級（rank）（IF=25mA
，Ta=250C）。

1.2 避免順向電流超越容許電流值

為確保白光LED的可靠性，基本上就是需要設法避免順向電流超過白光LED的絕對最大設計值（定格值）。 圖2中，白光LED的定格最大順向電流為30mA

，隨著周圍溫度的上升
，容許順向電流則持續衰減，如果周圍溫度為50℃，通常順向電流就不能超過20mA。此外，利用定電壓的驅動方式不易控製流入LED的電流值，因此就無法維持LED的可靠性。
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2 白光LED的驅動方法

圖3是驅動白光LED常用的四種電源電路
；圖4是上述六種隨機取樣白光LED穩定後的ReguLation精度特性。 圖4的測試結果顯示，ReguLator的負載特性出現在白光LED的VF角落上
，即圖中的交叉點就是各白光LED的穩定動作點。

2.1 使用電壓ReguLator的驅動方式

圖3（a）的電路分別使用可以控製LED電流的電壓ReguLator與BaLLast電阻，這種電路的優點是電壓ReguLator種類豐富，設計者可以選擇的自由度較大
，而且與電壓ReguLator、LED的接點隻有一點；缺點是BaLLast造成的電力損失會導致效率惡化。此外
，LED的順向電流也無法獲得精密控製。 圖4（a）中可以看出
，隨機取樣六個白光LED的順向電流
，從14.2mA到18.4mA分布範圍非常廣，因此
，A廠商LED的（平均值）順向電流高達2.0mA。相比之下，圖4（b）電路使用的ReguLator雖然有小型、低成本的優點
，缺點是可能會無法滿足性能與可靠性的要求，也就是說本電路的實用性相對較弱。

2.2 使用定電流輸出的電壓ReguLator驅動方式

圖3（b）的電路雖然可以使流入LED的所有電流穩定化
，不過為了匹配（Matching）各LED的電氣特性

，電路中特別設置了一組BaLLast電阻。

圖3（b）中的MAX1910屬於定電流輸出型的電壓ReguLator，雖然本電路使用同廠商、同批號（Lot）的白光LED，獲得了極佳的匹配性
，不過
，在使用不同廠商與批號的LED時
，就會出現很大的特性差異分布。本電流Regu-Lator使用類似圖3（a）的方式控製驅動電流，不過它卻可以使BaLLast電阻的消費電力降低一半左右。

圖4（b）的測試結果顯示，流 入六個隨機取樣白光LED的電流，從15.4mA到19.6mA
，變化範圍非常大。因此
，A廠商與B廠商兩者的LED是以平均17.5mA的電流驅動。此電路的缺點是BaLLast電阻造成的電力損失有殘留之虞，而且又無法獲得LED電流的匹配性；不過整體而言
，本電路兼具動作特性與簡潔性
，所以具有相當程度的使用價值。
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2.3 使用輸出型的MuLti　PuLL電流Regu-Lator的驅動方式

圖3（c）的電路可以使流入LED的電流各自穩定化
，因此不需要使用BaLLast電阻，電流的精度與匹配性ReguLator則由各自的電流ReguLator支配。

圖3（c）中的MAX1570　IC可以使上述電流ReguLation達成2％標準的電流精度，與0.3％標準的電流匹配性等目標。

由MAX1570　IC構成的電流ReguLator為低Drop　Out　Type，因此它的動作效率非常高。圖4（c）的測試結果顯示，使用圖3（c）的驅動電路時，流入六個隨機取樣白光LED穩定化的電流為17.5mA。

雖然ReguLator與LED之間需要四個連接端子，不過此電路不需要BaLLast電阻
，所以可以有效抑製封裝麵積，因此非常適合應用在封裝空間極為狹窄的小型液晶麵板等領域。

2.4 使用升壓型電流ReguLator驅動的方式

圖3（d）的電路是利用可以使電流穩定化的電感（Inductor），構成所謂的高效率Step　Up　Converter。本電路的最大特點是　Feed　Back　ThreshoLd電壓，可以減少電流檢測用電阻的電力損失。此外，LED采用串聯方式連接，所以流入白光LED的電流即使是在各種要求下，都能夠與LED完全取得匹配。 　　有關電流的精度基本上取決於Regu-Lator的Feed　Back　ThreshoLd精度
，因此不會受到LED順向電壓的影響。

由MAX1848與MAX1561　IC構成的電流ReguLator的效率（PLED/PIN）分別是：三個LED＋MAX1848，87％；六個LED＋MAX-1561
， 84％。

Step　Up　Converter的另一優點是Regu-Lator與LED之間需要兩個連接端子，而且LED的使用數量不會受到Step　Up　Converter種類的影響
，這意味著設計者會擁有更大的選擇空間。因此，Step　Up　Converter廣泛應用在各種尺寸的液晶麵板
；電路的缺點是電感外形高度、組件成本偏高，有EMI輻射幹擾。

3　結束語

以上介紹了白光LED常用的驅動電路，並通過實驗方式深入探討了各電路實際運行時的優缺點和特性。由於LED結構的限製，因此會有波長與驅動電流精度不易控製等困擾，隨著白光LED背光模塊應用需求的不斷增加

，如何改善上述波長與電流精度問題，同時降低驅動電路的製作成本
，成為必須克服的問題。