可控矽調光LED電源的保險絲選型
發布時間:2012-11-27 來源:AEM科技 責任編輯:Hedyxing
導讀:在LED照明燈具快速發展替換傳統照明的形勢下,市場也出現了可調光LED照明的需求。但是在目前絕大多數的情況下,都是采用可控矽調光技術,由此而導致LED電源輸入電流會產生周期性的持續的尖峰電流。這對保險絲的選型提出了一個新的問題:麵(mian)對(dui)持(chi)續(xu)不(bu)斷(duan)的(de)尖(jian)峰(feng)脈(mai)衝(chong)該(gai)如(ru)何(he)選(xuan)擇(ze)保(bao)險(xian)絲(si)。本(ben)文(wen)從(cong)理(li)論(lun)上(shang)進(jin)行(xing)分(fen)析(xi)推(tui)理(li),並(bing)結(jie)合(he)實(shi)際(ji)應(ying)用(yong)中(zhong)的(de)案(an)例(li),試(shi)著(zhe)提(ti)出(chu)一(yi)個(ge)可(ke)供(gong)參(can)考(kao)的(de)選(xuan)型(xing)思(si)路(lu)。
當普通的保險絲選型遇到使用可控矽調光的LED照明電源的保險絲選型時遇到了困難,因為在此情況下,每個市電周期都會產生2個(ge)比(bi)較(jiao)高(gao)的(de)尖(jian)峰(feng)電(dian)流(liu)衝(chong)擊(ji)保(bao)險(xian)絲(si),這(zhe)個(ge)尖(jian)峰(feng)電(dian)流(liu)不(bu)同(tong)於(yu)開(kai)機(ji)脈(mai)衝(chong),是(shi)一(yi)個(ge)持(chi)續(xu)不(bu)斷(duan)的(de)衝(chong)擊(ji)過(guo)程(cheng)。本(ben)文(wen)試(shi)著(zhe)提(ti)出(chu)針(zhen)對(dui)此(ci)情(qing)況(kuang)的(de)一(yi)個(ge)可(ke)供(gong)參(can)考(kao)的(de)保(bao)險(xian)絲(si)選(xuan)型(xing)思(si)路(lu)。
1、從保險絲溫升角度選型
1.1 對於簡單持續尖峰電流,從控製溫升角度看,可控矽調光的應用,保險絲的規格應該:

理論上連續的尖峰不能引起保險絲的溫升持續增加,其中一個充分非必要條件:
如果保險絲符合IEC 60127標準,

如果保險絲符合UL標準,

假設:保險絲(規格為In)經受電流為I寬度為t,周期為T的持續性電流衝擊。
[member]
如果保險絲通以一定的電流(Ix)可以永久工作,那麼此時保險絲的聚熱與散熱一定處於平衡狀態,此時保險絲的散熱功率為Ix2T。如果尖峰電流產生的能量≤Ix2T,可以認為尖峰電流產生的能量不可能使保險絲的溫升大於Ix時的溫升。對於滿足不同的安規體係,Ix的數值有所區別,IEC體係下可以認為等於In;UL體係下可以認為等於75%In。

圖1 周期性尖峰電流
1.2 一般情況:對於電路中周期性持續尖峰電流+平穩電流的選型
如果電路中不僅有尖峰電流,還存在有效值為Ir的持續平穩電流,那麼通過以上分析,簡單推理可得到,保險絲規格:


圖2
1.3 以上數值需要再考慮溫度折減
一般LED照明的電源絕大部分都是內置式的,燈具內部的環境溫度比較高;即ji使shi是shi外wai置zhi的de電dian源yuan,也ye是shi有you外wai殼ke緊jin緊jin包bao裹guo,電dian源yuan在zai工gong作zuo時shi也ye會hui產chan生sheng比bi較jiao高gao的de溫wen度du。所suo以yi以yi上shang數shu值zhi需xu要yao根gen據ju工gong作zuo環huan境jing溫wen度du和he各ge個ge不bu同tong的de保bao險xian絲si供gong應ying商shang的de參can數shu進jin行xing相xiang應ying的de溫wen度du折zhe減jian。
2、從耐受脈衝角度看,如果要滿足2萬小時的壽命,脈衝折減係數應該 <1.3%;5萬小時壽命,折減係數應該 <1%
2.1 在滿足了第1條溫升不超過載流時的條件,那麼就可以將各個電流尖峰當做獨立的脈衝衝擊來看待。
2.2 如果要達到2萬小時的壽命,保險絲需要經受近100億次的衝擊,而此數據很難利用實驗數據達到,所以在此根據已有的信息作趨勢分析。分析步驟如下:
>> 主要保險絲公司(AEM, Bussmann, Littelfuse)的Wire-in-air類型產品的耐受衝擊次數與折減比率如下表格:

>> 分別將衝擊次數(times)和折減比率(Ratio)取對數,並將新數據繪成散點圖;呈現很強的線性關係。
取對數的目的是:原數據成指數關係,數值差異很大,取對數可以更方便看出關係。

圖3 耐脈衝次數與折減比率對數散點圖
>> 將此數據用線性方程擬合,可得到以下關係:
lg(ratio) = -0.092 – 0.111*lg(times),通過t檢驗,此方程關係非常顯著,如下表。

圖4

表1 Dependent Variable: lgratio
>> 預測100億次(2萬小時+)和1000億次(20萬小時+)的脈衝折減比率期望值分別為:2.6%和2%。但是基於現有數據預測是有誤差的,從統計學的角度,有95%的把握分別落在(1.3%, 3.8%)(1%, 3.1%)範圍內。在實際計算中,我們都取下限作為計算標準。

表2 預測結果
2.3 在滿足以上的折減比率,還需要針對工作溫度進行I2t的溫度折減,然後根據恰當的數據選擇合適的保險絲規格。
3、考慮開機脈衝
在實際選型中,除了以上2點(dian)之(zhi)外(wai),還(hai)需(xu)要(yao)考(kao)慮(lv)在(zai)普(pu)通(tong)選(xuan)型(xing)條(tiao)件(jian)下(xia)的(de)開(kai)機(ji)脈(mai)衝(chong)問(wen)題(ti)。由(you)於(yu)電(dian)源(yuan)一(yi)般(ban)都(dou)會(hui)在(zai)電(dian)源(yuan)輸(shu)入(ru)端(duan)使(shi)用(yong)濾(lv)波(bo)電(dian)容(rong),而(er)導(dao)致(zhi)在(zai)開(kai)機(ji)瞬(shun)間(jian)會(hui)產(chan)生(sheng)比(bi)較(jiao)高(gao)的(de)尖(jian)峰(feng)脈(mai)衝(chong)。一(yi)般(ban)在(zai)選(xuan)型(xing)中(zhong)認(ren)為(wei),保(bao)險(xian)絲(si)至(zhi)少(shao)要(yao)經(jing)受(shou)10萬次的開機脈衝的衝擊,才能保證在正常工作時保險絲不會發生異常熔斷,也就是說至少要按照22.2%的de折zhe減jian係xi數shu進jin行xing折zhe算suan。當dang然ran,由you於yu燈deng具ju的de開kai機ji往wang往wang不bu能neng保bao證zheng一yi定ding是shi冷leng開kai機ji,比bi如ru說shuo廁ce所suo燈deng就jiu會hui遇yu到dao頻pin率lv的de開kai關guan機ji,所suo以yi在zai做zuo脈mai衝chong折zhe減jian時shi,還hai需xu要yao考kao慮lv溫wen度du折zhe減jian的de因yin素su。
4、案例分析
以下為實際應用時量測到電源正常工作時的波形:電流尖峰 max 3.6A,寬度約為1.2ms;正常電流約為0.03A,正常工作時溫度可以達到85℃。

圖5 開機脈衝的波形

圖6
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