高出力 LED の過熱や損傷を防ぐ最適なソリューション

理論と実践の両方で、LED の性能と寿命が LED の PN 接合の動作温度に密接に関係していることが証明されています。 LED チップのジャンクション温度が 10°C 上昇すると、光束は 1% 減衰し、LED の寿命は 50% 減少します。 過電流、過電圧、過熱は LED の発光性能と寿命を大幅に低下させます。 したがって、優れた放熱設計に加えて、安全で信頼性の高い過熱保護も考慮する必要があります。

通常、LED の場合、入力電力の約 20% が光に変換され、80% が熱に変換されます。 これはさまざまな要因によって決まります。 発熱は、最下層の不規則性とフォノン放出、封止、材料などに関連している可能性があります。 LED が発生する総熱のうち、90% は伝導によって伝わります。 対流と輻射は総熱伝達の約 10% しか占めないため、LED 接合部からの熱を放散するためには伝導が主な熱伝導チャネルとなります。

他の光源と比較して、LED に供給される電気エネルギーのほとんどが熱に変換されるため、LED 光源には正確な電力および熱管理システムが必要であることは明らかです。 適切な熱管理を行わないと、この熱が LED の寿命と色の出力に影響を与えます。 一方で、LED駆動デバイスはシリコンデバイスであるため、すぐに故障してしまいます。 これは、フェイルセーフバックアップ過電流保護装置を装備する必要があることを意味します。

では、なぜ成功する高出力 LED 照明設計は PPTC なしでは成り立たないと言えるのでしょうか?多くの人は、LED ドライバー自体が過電流および過熱保護機能を提供できるため、追加コストが増加するため、外部に PPTC デバイスを追加する必要はないと考えています。 しかし、これは間違った見方です。 多くの LED ドライバーは、DC 電圧や間違った極性によって簡単に損傷します。 LED ドライバーの出力も、短絡によって損傷または破壊される可能性があります。 ただし、ほとんどの LED ドライバには、サーマル シャットダウン、LED 開回路および短絡検出などの安全機能が組み込まれています。 ただし、集積回路 (IC) やその他の敏感な電子コンポーネントを保護するには、追加の過電流保護デバイスが必要になる場合があります。 したがって、高出力 LED の過熱と損傷を防ぐのに最適なソリューションは PPTC (特にリセット可能な PolySwitchPPTC) だけです。

一般的な高出力 LED 定電流ドライバが提供できる保護機能には、サーマル シャットダウン保護、過電圧/過電流コンパレータ、高電流 MOSFET、電流サイズ調整、および一定レベルの ESD 保護が含まれます。 ただし、そのサーマルシャットダウン機能は単なる自己保護機能であり、LED過熱設計保護に適用することは困難です。 過電圧/過電流保護機能には外部に過電圧保護回路が必要であり、電源をオフにすると別の問題が発生する可能性があります。 大電流 MOSFET の故障モードは通常、短絡であり、これは潜在的な危険要因です。 LED 調光の電流レギュレーション特性を実現すると、LED の過熱問題が発生する可能性があります。

しかし、高出力 LED を保護する PPTC の概念は異なります。 これには次の 4 つの独自の利点があります。 1) PPTC の典型的な故障モードは高インピーダンスであるため、LED は故障状態でも安全です。 2) PPTC は LED の温度を直接測定できるため、LED を個人的に保護できます。 3) PPTC は過熱、過電流、過電圧保護機能を実現できます。 使い方は非常に簡単で、外部回路は必要ありません。 LED は保護状態でも正常に動作します。 4) 設計者は安全性の問題を心配することなく、低コストで調光設計を実現できます。 したがって、LEDドライバーの外部にPPTCデバイスを搭載するだけで、より強力なセキュリティを実現し、最も厳しい安全基準を満たし、コスト削減を実現できます。