LED熱管理對于正確的色彩再現和安全操作至關重要。雖然設計人員非常重視電源管理以控制過熱，但不要忽視過壓和過流保護。

隨著政府機構，工業和消費者尋求降低能源成本的方法，照明技術已成為人們關注的主要領域。近年來，發光二極管（LED）技術在價格，性能和可制造性方面取得了令人矚目的進步，優化LED運行的進一步改進預計將推動照明市場的指數增長。然而，盡管該技術越來越受歡迎，但LED制造商繼續努力解決這樣一個事實：如果沒有足夠的熱管理，熱量會降低LED的使用壽命并影響顏色輸出。此外，由于LED驅動器是硅器件，它們可能會失敗。這意味著可能需要故障安全備份過流保護。

LED技術發展迅速，芯片設計和材料得到改進，有助于開發更明亮，更持久的光源，可用于各種應用。然而，LED燈具需要精確的電源和熱管理系統，因為提供給LED的大部分電能轉換為熱而不是光。

可復位的聚合物正溫度系數（PPTC）器件已經證明了它們在各種LED照明應用中的有效性。與傳統保險絲一樣，它們在超過規定限值后限制電流。但是，與保險絲不同，PPTC設備能夠在故障清除和電源循環后復位。

各種過壓保護器件，包括金屬氧化物壓敏電阻（MOV），靜電放電（ESD）浪涌保護器件和聚合物增強型齊納二極管，可與PPTC器件協調使用，有助于提高LED性能和可靠性。

熱傳導比較

使用60 W白熾燈泡的照明燈具可產生約900流明的光，并且必須通過傳導消耗3 W的熱量。相比之下，使用典型的DC-LED作為光源來實現相同的900流明將需要大約12個LED。假設VF（正向電壓）為3.2 V，電流為350 mA，LED燈具的輸入功率可以計算為：

功率= 12 x 3.2 V x 350 mA = 13.4 W

在這種情況下，大約20％的輸入功率轉換為光，80％轉換為熱量;取決于與襯底不規則性有關的各種因素和發熱，以及聲子發射，結合，使用的材料等。在LED產生的總熱量中，90％通過傳導傳遞。圖1顯示，為了從LED的結點散熱，傳導是轉移的主要通道，因為對流和輻射僅占總傳熱的約10％。例如，LED可以轉換接近10.72 W的熱量（13.4 W x 0.80）。其中，通過傳導將9.648W（10.72W×0.90）的熱量從結轉移或除去。

圖1：各種光源的散熱比較。

結溫效應

LED的光學特性隨溫度變化很大。隨著結溫升高，LED發出的光量減少，并且對于某些技術，發射的波長隨溫度而變化。如果沒有正確管理驅動電流和結溫，LED的效率會迅速下降，導致亮度降低和壽命縮短。

與結溫相關的另一個LED特性是LED的正向電壓（圖2）。如果僅使用簡單的偏置電阻來控制驅動電流，則VF會隨著溫度上升而下降并且驅動電流會增加。這可能導致熱失控，特別是對于高功率LED，并導致組件發生故障。通常的做法是通過將LED安裝在金屬芯PCB上來控制結溫，以提供快速的熱傳遞。

圖2：結溫升高時的正向壓降。

電源線耦合瞬態和浪涌還可以縮短LED壽命，并且許多LED驅動器易受直流電壓電平和極性不當造成的損壞。 LED驅動器輸出也可能因短路而損壞或損壞。大多數LED驅動器都包含內置安全功能，包括熱關斷，以及開路和短路LED檢測。但是，可能需要額外的過流保護裝置來幫助保護集成電路（IC）和其他敏感電子元件。

LED驅動器輸入和輸出保護

LED采用恒定電流驅動，正向電壓從低于2 V變化到4.5 V，具體取決于顏色和電流。較舊的設計依賴于簡單的電阻來限制LED驅動電流，但是根據制造商規定的典型正向壓降設計LED電路會導致LED驅動器過熱。

當LED上的正向壓降降低到明顯低于典型值時，可能會發生過熱。在這種情況下，LED驅動器兩端的電壓增加會導致驅動器封裝的總功耗增加。

今天，大多數LED應用利用電源轉換和控制設備與各種電源（即AC線，太陽能電池板或電池電源）連接，以控制LED驅動器的功耗。使用可復位的PPTC設備可以保護這些接口免受過流和過熱損壞。

PPTC器件在正常工作電流下具有低電阻值。在過流情況下，器件“跳閘”進入高阻狀態。這種增加的電阻有助于通過將在故障狀態下可以流動的電流量減少到低的穩態水平來保護電路中的設備。設備保持在鎖定位置，直到故障被清除。一旦電路的電源循環，PPTC器件就會復位并允許電流恢復，從而使電路恢復正常工作。

圖3顯示了開關模式電源（SMPS）和LED驅動器輸入和輸出的協調保護方案。如圖的左側所示，PPTC器件（如可復位的PolySwitch?器件）可與電源輸入串聯安裝，以幫助防止因電氣短路，電路過載或客戶誤操作而造成的損壞。此外，放置在輸入端的MOV有助于在LED模塊中提供過壓保護。

PPTC設備也可以放在MOV之后。許多設備制造商更喜歡將可復位PPTC設備與上游故障安全保護相結合的保護電路。在該示例中，R1是與保護電路結合使用的鎮流電阻器。

LED驅動器可能容易因直流電壓水平和極性不當而損壞。輸出也可能因無意的短路而損壞或破壞。有源端口也容易受到包括ESD脈沖在內的過壓瞬態損壞的影響。

圖3的右側顯示了LED驅動器和燈泡陣列的協調電路保護設計。放置在驅動器輸入端的PolyZen器件為設計人員提供了傳統鉗位二極管的簡單性，同時避免了大量散熱的需要。該器件由TE Circuit Protection開發，采用獨特的聚合物保護精密齊納設計，可在單個緊湊型封裝中提供瞬態抑制，反向偏置保護和過流保護。

如圖3所示，驅動器輸出上的PolySwitch PPTC器件可以幫助防止意外短路或其他負載異常造成的損壞。為了充分利用PolySwitch器件，它可以熱粘合到金屬核心電路板或LED散熱器上。為了防止ESD事件造成的損壞，TE Circuit Protection的低電容，小型PESD器件等保護器件可以與LED并聯放置。

圖3：使用PolySwitch PPTC器件和用于SMPS的MOV器件（左）以及用于LED驅動器輸入和輸出的PolyZen，PolySwitch和PESD器件的協調保護方案（右）。

交流電源LED照明保護

MOV通常用于交流線電壓應用中的瞬態過電壓抑制。在正常工作條件下，施加到MOV的交流線路電壓預計不會超過設備的最大交流均壓（VAC RMS）額定值，并且，如果瞬態能量不超過MOV的最大額定值，則短時瞬態事件是鉗位到合適的電壓水平。然而，持續的異常過電壓/限制電流條件（例如中性線損失）可能導致MOV進入熱失控狀態。

新型熱增強型MOV有助于保護各種低功率系統免受過流，過熱和過壓故障造成的損壞，包括雷擊，ESD浪涌，中性線損失，輸入電壓誤差和電源感應。圖4顯示了TE Circuit Protection的2Pro器件如何幫助為AC電源LED照明系統提供這種集成保護。

圖4：典型照明應用使用AC 2Pro設備進行低功率AC/DC反激式轉換器保護。

2Pro設備將PPTC技術與MOV組件結合到一個受熱保護的設備中，以便在發生過流或過壓事件時提供可重置性。該集成器件方法旨在幫助制造商滿足行業要求，例如IEC61000-4-5和IEC60950。