CN102201403A - 一种晶闸管型发光二极管的开路保护器 - Google Patents

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张金平
李泽宏
张波
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University of Electronic Science and Technology of China
Institute of Electronic and Information Engineering of Dongguan UESTC
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一种晶闸管型发光二极管的开路保护器，属于电子技术领域。由一个晶闸管和连接于晶闸管的阳极和控制极之间的电子开关组成；所述晶闸管和电子开关可集成于同一芯片，构成集成晶闸管型发光二极管的开路保护器。该开路保护器与发光二极管并联使用，当发光二极管正常工作时，电子开关两端的电压较低，晶闸管处于关断状态，不影响发光二极管的工作；当发光二极管开路时，电子开关两端的电压迅速升高，电子开关导通，从而导通晶闸管并进入闩锁状态，从而为发光二极管提供开路保护；开路保护器进入闩锁状态后，开路保护器两端的电压迅速降低，即使没有驱动电流也能维持闩锁状态。本发明具有启动快、功耗低的特点，能够更高效的实现LED的开路保护功能。

Description

一种晶闸管型发光二极管的开路保护器
技术领域
本发明属于电子技术领域，涉及发光二极管(LED)的开路保护结构。
背景技术
近年来，随着发光二极管(LED)工艺和技术的迅猛发展，采用大功率LED作为发光源的灯具逐年增加，其功率可从几瓦到上百瓦。大功率LED灯具大都采用LED串联的结构，用恒流源供电。然而在实际应用中，串联LED灯却有一个明显的缺点，那就是如果串联的LED中有一个LED开路，则整个LED灯都不亮了。串联LED灯具的这一缺点显著的增加了灯具的维护成本，妨碍了大功率LED灯具的推广使用，并为某些特定应用如警示灯、矿灯、应急灯等带来风险。为了防止LED开路时，LED灯还能亮，则需要在每个串联的LED两端并联开路保护器来保证灯具使用的安全性。
LED的开路保护器是一种并联在LED两端的器件(或电路)，当串联LED电路中某个LED出现开路现象时，LED的开路保护器能够及时启动，提供串联LED电路的电流通道，使得即使串联LED电路中某个LED出现开路现象时，整个LED灯还能继续发光。
目前已开发出的LED开路保护器有两种结构：齐纳二极管型和晶闸管型。齐纳二极管型开路保护器通过与LED并联的齐纳二极管的反向击穿特性为灯具提供开路保护。目前，有的LED生产厂家直接将齐纳二极管与LED封装在一起，即制作成带有开路保护的LED。但是，齐纳二极管本身导通压降较大、功耗较大，使得采用齐纳二极管作为LED的开路保护器同样存在功耗较大的弊端。晶闸管型开路保护器通过应用与LED并联的晶闸管的闩锁特性为灯具提供开路保护，由于其闩锁后导通压降低、功耗小，是一种性能优异的开路保护器件。但是晶闸管本身是一种电流驱动器件(三端器件)，在没有电流驱动的情况下存在启动困难的问题，这使得采用晶闸管作为LED的开路保护器，当LED出现开路时，由于晶闸管不能及时启动而不能提供实际的开路保护作用。
发明内容
本发明提供一种晶闸管型发光二极管(LED)的开路保护器，该开路保护器具有启动快、功耗低的特点，与LED并联使用可以更高效的实现LED的开路保护功能。
为实现本发明目的，采用的技术方案如下：
一种晶闸管型发光二极管的开路保护器，如图1所示，包括晶闸管T和电子开关K；所述电子开关K并联于晶闸管T的阳极和控制极之间。
所述电子开关K可以采用二极管或场效应晶体管实现。若采用二极管实现，则所述二极管可以是PN结二极管、肖特基二极管或齐纳二极管；若采用场效应晶体管实现，则所述场效应晶体管可以是金属半导体场效应晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管或结型场效应晶体管。
所述晶闸管T和电子开关K可集成于同一芯片上，构成集成晶闸管型发光二极管开路保护器；且所述集成晶闸管型发光二极管开路保护器与现有晶闸管制造工艺相兼容，不会增加器件的工艺复杂程度。
本发明提供的晶闸管型发光二极管的开路保护器由晶闸管和并联于晶闸管的阳极和控制极之间之间的电子开关构成。使用时，将该发光二极管的开路保护器与发光二极管并联起来，当发光二极管正常工作时，开路保护器中电子开关两端的电压较低，开路保护器中晶闸管控制极没有驱动电流流入，晶闸管处于关断状态，不影响发光二极管的工作；当发光二极管开路时，开路保护器件中电子开关两端的电压迅速升高，电子开关导通，开路保护器中晶闸管控制极流入驱动电流(开启电流)，从而导通晶闸管并进入闩锁状态，从而为发光二极管提供开路保护(为串联LED电路提供电流通道)；开路保护器进入闩锁状态后，开路保护器两端的电压迅速降低，即使没有驱动电流也能维持闩锁状态。这使得本发明具有启动快、功耗低的特点，与LED并联使用可以更好地避免串联LED电路中出现LED开路时，整个LED灯都不亮的故障现象，从而更高效的实现LED的开路保护功能。
附图说明
图1是本发明提供的晶闸管型发光二极管的开路保护器的电路结构示意图。
图2是本发明提供的集成了电子开关器件的晶闸管型发光二极管的开路保护器的器件结构示意图。
图3是本发明提供的具有反向击穿保护功能的集成了电子开关器件的晶闸管型发光二极管的开路保护器的器件结构示意图。
图2和图3中：1是金属化阳极、2是P+衬底、3是N型漂移区、4是P型基区、5是第一N+接触区、6是金属化阴极、7是金属化控制极、8是集成电子开关、9是金属连线、10是第二N+接触区、11是绝缘钝化层、12是第三N+接触区。
具体实施方式
一种晶闸管型发光二极管的开路保护器，如图1所示，包括晶闸管T和电子开关K；所述电子开关K并联于晶闸管T的阳极和控制极之间。
所述电子开关K可以采用二极管或场效应晶体管实现。若采用二极管实现，则所述二极管可以是PN结二极管、肖特基二极管或齐纳二极管；若采用场效应晶体管实现，则所述场效应晶体管可以是金属半导体场效应晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管或结型场效应晶体管。
所述晶闸管T和电子开关K可集成于同一芯片上，构成集成晶闸管型发光二极管开路保护器(如图2所示)；所述集成晶闸管型发光二极管开路保护器包括P+衬底2、P+衬底2背面的金属化阳极1、P+衬底2正面的N型漂移区3、N型漂移区3中的P型基区4、位于P型基区4中且与金属化阴极6相连的第一N+接触区5；所述N型漂移区3中远离P型基区4的一侧具有第二N+接触区10，N型漂移区3中位于P型基区4与第二N+接触区10之间的区域集成了电子开关8；电子开关8的一端与P型基区4之间通过金属化控制极7相连，电子开关8的另一端与第二N+接触区10之间通过金属连线9相连；金属化阴极6、金属化控制极7以及金属连线9之间的区域具有绝缘钝化层11，金属化控制极7和金属连线9覆盖N型漂移区3的地方同样具有绝缘钝化层11。
上述集成晶闸管型发光二极管开路保护器，通过底部P+衬底2和N型漂移区3的PN结以及第二N+接触区10将阳极电位引到表面集成的电子开关。当与该开路保护结构并联的发光二极管正常工作时，开路保护器两端的电压较低，开路保护器中的电子开关关断，因而整个开路保护器处于关断状态，不影响发光二极管的工作；当与该开路保护结构并联的发光二极管开路时，由于开路保护器两端的电压迅速升高，开路保护器中的电子开关开启为晶闸管提供开启电流使晶闸管进入闩锁状态，从而为发光二极管提供开路保护；开路保护器(晶闸管)进入闩锁状态后，开路保护器两端的电压迅速降低，即使没有控制电流也能够维持闩锁状态。
上述集成晶闸管型发光二极管开路保护器中，在第二N+接触区10下方的P+衬底2中，还可增加第三N+接触区12，通过引入第三N+接触区12形成短路阳极结构，当器件错误反接时，短路阳极结构集成的反向二极管可保护LED免受反压击穿(如图3所示)。
上述集成晶闸管型发光二极管开路保护器中，P+衬底2的半导体材料为硅(Si)、碳化硅(SiC)、砷化镓(GaAs)或者氮化镓(GaN)。所述电子开关K可以采用二极管或场效应晶 体管实现。若采用二极管实现，则所述二极管可以是PN结二极管、肖特基二极管或齐纳二极管；若采用场效应晶体管实现，则所述场效应晶体管可以是金属半导体场效应晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管或结型场效应晶体管。
上述新型的晶闸管型开路保护器适用于从小功率到大功率的LED领域，而且适用于其它串联电路结构中需要提供开路保护的场合。

Claims (10)

1.一种晶闸管型发光二极管的开路保护器，包括晶闸管(T)和电子开关(K)；其特征在于，所述电子开关(K)并联于晶闸管(T)的阳极和控制极之间。
2.根据权利要求1所述的晶闸管型发光二极管的开路保护器，其特征在于，所述电子开关(K)采用二极管或场效应晶体管实现。
3.根据权利要求2所述的晶闸管型发光二极管的开路保护器，其特征在于，所述二极管是PN结二极管、肖特基二极管或齐纳二极管。
4.根据权利要求2所述的晶闸管型发光二极管的开路保护器，其特征在于，所述场效应晶体管是金属半导体场效应晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管或结型场效应晶体管。
5.根据权利要求1所述的晶闸管型发光二极管的开路保护器，其特征在于，所述晶闸管(T)和电子开关(K)集成于同一芯片上，构成集成晶闸管型发光二极管开路保护器。
6.根据权利要求5所述的晶闸管型发光二极管的开路保护器，其特征在于，所述集成晶闸管型发光二极管开路保护器包括P+衬底(2)、P+衬底(2)背面的金属化阳极(1)、P+衬底(2)正面的N型漂移区(3)、N型漂移区(3)中的P型基区(4)、位于P型基区(4)中且与金属化阴极(6)相连的第一N+接触区(5)；所述N型漂移区(3)中远离P型基区(4)的一侧具有第二N+接触区(10)，N型漂移区(3)中位于P型基区(4)与第二N+接触区(10)之间的区域集成了电子开关(8)；电子开关(8)的一端与P型基区(4)之间通过金属化控制极(7)相连，电子开关(8)的另一端与第二N+接触区(10)之间通过金属连线(9)相连；金属化阴极(6)、金属化控制极(7)以及金属连线(9)之间的区域具有绝缘钝化层(11)，金属化控制极(7)和金属连线(9)覆盖N型漂移区(3)的地方同样具有绝缘钝化层(11)。
7.根据权利要求6所述的晶闸管型发光二极管的开路保护器，其特征在于，所述第二N+接触区(10)下方的P+衬底(2)中还具有第三N+接触区(12)。
8.根据权利要求5或6所述的晶闸管型发光二极管的开路保护器，其特征在于，所述电子开关(8)为二极管或场效应晶体管。
9.根据权利要求8所述的晶闸管型发光二极管的开路保护器，其特征在于，所述二极管为PN结二极管、肖特基二极管或齐纳二极管。
10.根据权利要求8所述的晶闸管型发光二极管的开路保护器，其特征在于，所述场效应晶体管是金属半导体场效应晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管或结型场效应晶体管。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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