【導讀】LED器件很容易受到EOS的損傷，這種損壞有時能夠直接擊壞器件造成失效。本文講到的兩種EOS防護方案，一是用TVS穩壓管來進行保護，另一種則是采用PolyZen系列元器件，兩種方案孰優孰劣？請看下文。
隨著LED 技術的日趨成熟，LED 照明的使用越來越廣泛，例如手機的LED 閃光，LED 家用燈具，汽車的LED 前燈和尾燈等等。但是該如何有效地延長LED 的使用壽命？我們今天的話題就圍繞針對過度電性應力（EOS）的沖擊，如何有效的保護LED 的方案之間的區別來展開。
EOS 是Electrical Over Stress 的縮寫，指所有的過度電性應力。EOS 沖擊的意思是電子元器件被施加的電流或者電壓超過該元器件最大的設計規范要求時，該元器件便會發生性能減弱，甚至于直接損壞的現象。
LED 器件很容易受到EOS 的損傷，這種損壞有時能夠直接擊壞器件造成失效，而有時失效則可能在EOS 發生一段時間后才發生。電源輸出質量的不穩定，各種過電壓過電流的噪音，以及熱插拔應用使用中的突入電流現象等都是能夠產生EOS 失效的諸多因素，這種EOS 現象都屬于短時間的過負荷，在短時間內（一般在1s內）LED 受到尖峰電壓或者尖峰電流的沖擊，這種電壓或者電流的能量超過了LED 的設計額定值，從而損傷LED 器件。
簡單介紹了LED 的EOS 問題后，我們來看看解決方案。保護LED 免受EOS 損傷的防護方案基本都是將EOS 產生的瞬態電壓箝位在器件所能承受的范圍內。理論上消除這種瞬態電壓最好的防護器件是電容，電容能很好的將瞬態電壓吸收。但是在實際應用中，由于電容的高溫壽命和較大體積等因素，實在不是一種比較好的方案。
因此大多的工程師在解決該問題時往往偏向于使用TVS 穩壓管來進行保護，但是在選擇TVS 管的時候必須考慮到TVS 管所能承受的最大功率，由于EOS 沖擊的瞬態能量的不確定性，想要完全承受所有的EOS 沖擊的瞬態能量就需要選擇比較昂貴的大功率TVS 管，這往往是產品工程師所不愿意的。如果因為成本問題選擇相對較小功率的TVS 管后，在實際的應用中有較大能量的EOS 沖擊，可能會減弱、甚至損壞TVS管的保護功能。如果TVS 管損壞，那后續的EOS 將直接對LED 形成沖擊，導致LED 的受損。另外，TVS 管的箝位電壓的精度也會直接影響到EOS 沖擊對后續LED 的作用，因為加在LED 兩端的電壓增加都會立刻表現為流經LED 的電流增大。
另外還有一種方案，就是使用TE 公司的PolyZen 系列元器件，該起降能夠有效的減輕EOS 侵擾，提高產品的可靠性。TE公司電路保護部的PolyZen 產品是獨立的表面貼裝器件，它集成了一個可供選擇齊納電壓（Vz）的精密齊納二極管，以及一個PolySwitch 聚合物正溫度系數（PPTC）器件，產品原理圖如圖1所示。PolyZen系列適用于空間狹小的薄型緊湊型環境，它使用了具有熱保護功能的齊納二極管，以幫助保護電子產品避免電壓瞬變、反向偏置和錯誤的電源使用造成的失效。如圖2，Polyzen 產品的典型應用框圖，在故障狀態時，精密齊納二極管能快速有效的鉗位電壓并分流故障電流，而PolySwitch PPTC 組件則可以繼而快速的關斷過大的電流，從而幫助保護齊納二極管和下游電子組件。
圖1：PolyZen 產品原理圖
圖2：PolyZen 產品的典型應用
PolyZen 產品的典型故障響應如圖3 所示，圖例中選用的是一個集成了5.6V齊納電壓的PolyZen 器件，在24V 過壓條件（Vin）下，系統有10A 的故障電流（Iflt）通過，PolyZen 器件中的精密齊納二極管能夠快速的將輸出電壓（Vout）鉗位在5.6V 附近，保護了負載電路，同時器件中的PPTC 能夠快速的動作截斷電流，持續長久保護齊納二極管與整個電路。
圖 3：PolyZen產品的典型故障響應
將PolyZen產品用于LED 的EOS 保護電路中時，不僅能快速將EOS 的瞬態電壓箝位到安全電壓以下，并且當EOS 沖擊的能量較大時，PolyZen 器件內部的齊納二極管會促使PPTC 動作，保護齊納二極管本身以及后續電路。而且在有些不能因為故障而缺失照明的LED 照明系統中，PPTC 更優于其他過流保護器件，因為PPTC 在保護狀態下依然能使LED 發光而不損壞LED，且集成在PolyZen 器件內部的齊納二極管的箝位電壓精度非常高，能準確的將電壓箝位在安全范圍內。因此相對于TVS 管的EOS 保護方案，PolyZen 器件具有更多優勢。
PolyZen 系列元器件是具有纖薄外形的集成式過壓和過流保護器件，具有強大的電路保護功能，以幫助保護敏感的電子產品，避免因為過壓和過流失效而導致的代價昂貴的產品返修和質保問題。PolyZen 系列產品為電路板設計人員提供了方便的過壓過流保護器件，讓他們不再需要花費大量的時間去集成并測試低效的分立器件及較昂貴的IC 解決方案。 如今PolyZen 系列產品已經有豐富的齊納二極管與PPTC 集成組合方便實際應用選擇。其小尺寸，獨立貼裝，多功能保護已經成為過流過壓保護應用中一種具備顯著性能與價格優勢的創新型解決方案，超越了使用熔斷器、齊納二極管和其它無源組件的分立式解決方案。
相關閱讀：
富昌談總：今年LED通用照明和新能源車市場將上揚
http://www.freschetta.cn/opto-art/80021006
2013年LED元件價格急劇下滑的可能性很低
http://ep.cntronics.com/voice/252
半月談：LED背光設計知多少
http://www.freschetta.cn/opto-art/80020809
