CN202332849U - 具过压及开路续流功能的led保护单元 - Google Patents

Abstract

本实用新型揭示了一种具过压及开路续流功能的LED保护单元，LED照明由多个单颗功率1-3W的发光二极管串并联构成，该实用新型专利器件具有开路续流，过压保护和静电保护三重功能，其构成是由正向PNPN结组成的正向齐纳过压保护和开路续流单元和由一个反向PN结形成的反向ESD及浪涌电压保护单元。采用本实用新型LED照明装置新结构后，通过调节埋层P的浓度，达到生产任意所需要保护电压的要求，反向是单个PN结防止电源反接或反向浪涌电压以及ESD等对LED发光二极管所造成的损坏。该器件具有开启电压低、电流小，导通电流大、功耗小的特点，能够有效减少由于雷击，过压等导致的LED照明装置失效问题。

Description

具过压及开路续流功能的LED保护单元

技术领域

本实用新型涉及LED照明保护装置，尤其涉及一种自身具有过压及开路续流功能的LED保护单元的照明装置。 

背景技术

在全球油价高涨、能源短缺的背景下，节能环保已成为全球热议的话题，各国也纷纷制定了不少的政策法规，引导人们在日常生活、生产中能积极的节约能源保护环境。2010 年我国全社会耗电总量超过4万亿度，其中照明用电占12%，约5000亿度，可见在照明领域的节能有着重要的效益。照明节能的重点在于提高光源的光效和降低灯具本身损耗，LED光源就是在这种背景下发展起来的。作为新一代绿色照明光源，LED光源有环保、节能、体积小等特点。但是LED照明虽然节能，由于其固有的散热问题及其电路特点，导致其中一个LED器件坏，整个灯具就不能工作的缺陷。其抗过压，过流能力差，暴露在户外的路灯LED照明，机场跑道LED照明及汽车LED照明灯易受雷击，电磁感应等形成的浪涌电压，电源电压不稳，以及电源极性误接，ESD等影响而损坏。 

一般而言：LED采用恒流源。而传统的LED电路如图1所示，由于单颗LED功率小，LED照明大都采用单颗1-3瓦的发光二极管串联后并联而成，这种电路结构虽然提高了LED的功率和亮度，但是却造成了单颗开路导致整个灯都不亮，易损坏及维护成本高的缺点凸显。 

发明内容

鉴于上述现有技术存在的缺陷，本实用新型的目的是生产一种具开路续流能力，过压和雷击保护功能的LED保护器件，解决LED照明电路中由于单个发光二极管开路而造成装置整体报废、需维修更换的问题，为LED照明装置的持续性功能应用提供了行之有效的解决方案。 

为实现本实用新型的上述目的，其技术方案为： 

具过压及开路续流功能的LED保护单元，设于LED照明电路芯片的LED串联支路之中，所述LED串联支路由多个发光二极管串联构成，且串联支路分为均等或非均等的两组发光二极管串，每一组所述发光二极管串与一个所述LED保护单元相并联，其特征在于：所述LED保护单元具有形成于P型衬底上正向自下而上的埋层P、重掺杂的N型基极和P型发射极，所述埋层P与重掺杂的N型基极构成齐纳击穿保护电压，所述P型衬底与重掺杂的N型基极形成二极管反向ESD保护电压，其中通过调节埋层P的浓度所得的齐纳击穿保护电压大于对应一组发光二极管串的驱动电压和。

进一步地，所述P型发射极的外侧设有玻璃层，且P型发射极与N型基极之间设有短路孔。 

采用本实用新型LED照明装置应用在新LED的电路中，当全部LED都正常工作时候，因为没有达到保护期间的触发电压，所有的LED发光二极管都能正常工作，本器件呈现高阻抗状态，漏电电流小于100纳安，对整个电路没有丝毫的影响，而当有过压，浪涌，ESD发生时候，由于其电压高过其触发电压，保护装置就自动开通，把过压过流引入到地线，起到有效保护发光二极管的作用，其保护装置导通后，其导通电压低，小于1.2V；持续导通电流大，大于1.2A，瞬态保护电压能够达到6KV，电流更是大到几百安培以上的特点（2×10μs波形500A，10×1000μs波形100A），能够有效的防止ESD，浪涌电压和电磁感应所形成的过压过流。即使发光二极管由于种种别的原因导致开路，由于开路，电源电压被加到LED保护器件上，保护器件被触发导通，开路保护器件的触发导通使得LED照明装置能在部分发光二极管开路时，使得别的发光二极管能够得以续流，进行持续照明工作。 

以下便结合实施例附图，对本实用新型的具体实施方式作进一步的详述，以使本实用新型技术方案更易于理解、掌握。 

附图说明

图1是传统LED照明装置的电路结构示意图； 

图2是本实用新型LED照明装置的电路结构示意图；

图3是本实用新型LED保护器件纵向截面示意图。

具体实施方式

本实用新型为了解决LED照明电路中由于单个发光二极管开路而造成装置整体报废、需维修更换的问题，对传统串并联结构的LED照明装置作出改进，提出了一种具开路续流的LED照明装置。 

本实用新型专利典型应用电路装置，由多个单颗功率1-3W的发光二极管３串并联构成，两条发光二极管串联支路相并联，且两端与开关２、电源１串联成回路。每一串联支路含有五个发光二极管。其缺点是当其中任意一个发光二极管开路时候，会导致整个串联支路无法照明，这在背景技术中已有所介绍。而如图2所示，用本新型专利的器件将每一串联支路中两个发光二极管成一组、三个发光二极管成另一组，对应每组发光二极管串分别并联LED保护单元41、42。其优点在于：当其中的一个LED发光二极管开路时，会触发所对应的旁路LED保护单元，达到续流作用使得另外一组的LED发光二极管能得的持续电流继续照明。同样原理，该LED保护单元4能够在过压、ESD冲击时，能够开通旁路电流到地，起到保护发光二极管的作用，其有开起电压低，开起电流小，导通电流大，导通功耗小的特点。本器件的反向，是单个PN结，能够起到反向ESD，电源反接及反向浪涌电压保护功能。 

如图3所示，该LED器件在LED保护单元处深度方向自上而下依次为P型发射极51、重掺杂的N型基极52、埋层P 53、P型衬底 54和N型集电极55，该埋层P与重掺杂N构成齐纳击穿保护电压，该P型衬底与重掺杂N形成二极管反向ESD保护电压，其中通过调节埋层P的浓度所得到的齐纳击穿保护电压大于对应一组发光二极管串的驱动电压和。使用P型半导体衬底，通过调节埋层P的浓度，达到生产任意所需要保护电压的要求，埋层上面是重掺杂的外延层N，形成PNP三极管的基极和NPN三极管的集电极，以形成无门极的晶闸管的特点低导通电压，大导通电流，通过调节埋层的浓度，达到任意调节所需要保护的电压的作用。反向是单个PN结防止电源反接或反向浪涌电压以及ESD等对LED发光二极管所造成的损坏。 

圆形埋层P 53形成内部击穿，而边沿击穿电压远高于内部击穿电压，以此能够有效提高器件的可靠性，减少外部边缘污染，裂纹导致的产品失效。其能够有效提高长波形的过流过压保护能力，有效提高持续导通电流能力。 

作为上述方案的进一步优化，该发射极P的外侧设有玻璃层，且发射极P与集电极N之间设有短路孔，以调节开通特性，特别用来调节LED器件的开关速度和提高短波的过压过流保护能力，使得产品能够通过高达500A 2×10μs 波形的电流能力。 

如此设计并连接构成的LED照明器件，能有效克服单颗发光二极管因意外开路而导致整个照明装置失效的缺陷，也有效的克服了由于外部恶劣的环境诸如ESD，电源不稳定，电磁感应产生的瞬间高压或电源误接等导致的过压损坏。从而持久保持LED照明装置的有效使用寿命。该器件的特点具有开启电压低、电流小，导通电流大、功耗小的特点，提高了LED照明设备的可靠性，也降低了照明设备的维护成本。 

Claims (2)

1.具过压及开路续流功能的LED保护单元，设于LED照明电路芯片的LED串联支路之中，所述LED串联支路由多个发光二极管串联构成，且串联支路分为均等或非均等的两组发光二极管串，每一组所述发光二极管串与一个所述LED保护单元相并联，其特征在于：所述LED保护单元具有形成于P型衬底上正向自下而上的埋层P、重掺杂的N型基极和P型发射极，所述埋层P与重掺杂的N型基极构成齐纳击穿保护电压，所述P型衬底与重掺杂的N型基极形成二极管反向ESD保护电压，其中通过调节埋层P的浓度所得的齐纳击穿保护电压大于对应一组发光二极管串的驱动电压和。

2.根据权利要求1所述的具过压及开路续流功能的LED保护单元，其特征在于：所述P型发射极的外侧设有玻璃层，且P型发射极与N型基极之间设有短路孔。

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