要在照明领域中大量使用LED，保证LED驱动器的安全可靠工作，才能保证LED的长寿命和发光亮度的稳定。汽车照明系统的LED驱动器应具有以下保护电路：

1）过电压、过电流保护。LED是相当脆弱的组件，稍高的驱动电压、电流即会对其造成永久性的伤害，所以现在的LED驱动IC都会加增过电压保护、过电流保护、过热保护。尤其是对电流的控制，较大的电流量会使LED亮度增加，但过大、过久的电流量也会提前折损LED的使用寿命，所以严谨的驱动、调节控制也可视为一种保护设计。在实际使用中，会出现负载短路或者空载的情况，会造成整个驱动器的破坏，所以在驱动器设计的时候，需要增加过电压与过电流保护。

2）浪涌保护。在实际应用中，汽车电流总线电压很不稳定，并会有浪涌电压存在，所以在驱动器设计时，要考虑整个产品的浪涌保护，尽量避免在异常时造成永久性的破坏。

浪涌电压和静电放电造成的损害是人所共知的，静电放电（ESD）对IC和半导体器件的破坏是致命的，为了应对这些问题，人们研制了多种过电压保护元件，如PPTC、瞬变电压抑制二极管TVS、氧化锌压敏电阻等。浪涌抑制器件基本上可以分为两大类型。第一种类型为橇棒器件。其主要特点是器件击穿后的残压很低，因此不仅有利于浪涌电压的迅速泄放，而且也使功耗大大降低。另外，该类型器件的漏电流小，器件极间电容量小，所以对线路影响很小。常用的撬棒器件包括气体放电管、气隙型浪涌保护器、硅双向对称开关（CSSPD）等。

另一种类型为钳位保护器，即保护器件在击穿后，其两端电压维持在击穿电压上不再上升，以钳位的方式起到保护作用。常用的钳位保护器是氧化锌压敏电阻（MOV）、瞬态电压抑制器（TVS）等。

1.浪涌保护器件

浪涌保护器件从响应特性来看，有软硬之分。属于硬响应特性的放电元件有充气放电器和空气火花间隙，空气火花间隙是基于斩弧技术的角型火花间隙或是同轴放电火花间隙。属于软响应特性的放电元件有压敏电阻和瞬态电压抑制二极管。所有这些元件的区别在于放电能力、响应特性和残余电压。由于这些元件各有其优缺点，应用中应将其组合成特殊保护电路，可以扬长避短。特别是近年来由于IC和半导体器件的电压一降再降，开发和研制新型的过电压保护器件越发重要。现在已开发出了几种提供过电压保护的器件，包括MLV、MLVF、MOV、瞬态电压抑制器和ESD抑制器。

1）叠层型片式陶瓷压敏电阻器（MLV）。半导体ZnO陶瓷压敏电阻器己有多年历史，应用范围广泛。特别是在中压和高压电器的保护和防雷电中受到青睐。但由于其压敏电压与两个电极之间的距离成比例，因而块状结构的ZnO压敏电阻器在体积和低电压方面均不可能满足现代电子产品的要求。近年来人们利用陶瓷叠层共烧技术，用掺杂改性ZnO半导体陶瓷材料制造出了结构与MLCC完全相同的叠层型片式ZnO压敏电阻器。其特点是：压敏电压低，可达2V左右，通流量大，响应速度快，可靠性高，电容量的选择范围大。

2）叠层型片式陶瓷穿心压敏电阻器（MLVF）。如上所述，叠层型压敏电阻器可以保护电路，其响应时间T_r和自谐振频SRF与寄生电感L_p有密切的关系，L_p越大，T_r越长，SRF越低。如果将叠层型压敏电阻器做成穿心式结构，如叠层型三端穿心电容器那样，则其寄生电感L_p将有70%“转移到”输入/输出线上，这样就缩短了T_r，提高了SRF，而且组成了一个T形LC低通滤波器，有助于抑制高频噪声。

3）金属氧化物变阻器。金属氧化物变阻器（MOV）专为抑制过电压而设计。MOV是一种电压钳位元件，其阻抗与电压有关，如电压超过其阈值则其阻抗将变得非常小。MOV具有高的V-I非线性特性，反应速度快，能承受很高的峰值电流，漏电流又较低。MOV的主要用途是保护那些必须满足“瞬态电压浪涌抑制器”UL1449各项要求的产品免受雷电感应损害。在敏感电路中安装MOV器件可以将雷电感应带来的不利影响最小化。

4）瞬态电压抑制器。瞬态电压抑制器提供二级保护。瞬态电压抑制器可提供双向钳位保护，该器件可用来吸收电路的瞬态波形和高峰值浪涌电流。瞬态电压抑制器有双极性、单极性和编程式3种类型，并采用表面安装、D0214AA封装和直插式TO-202封装。

5）ESD抑制器。人体能产生超过15kV的ESD，因此为了有效防止ESD侵害，要求许多电子电路必须满足IEC61000-4-2标准。传统的钳位二极管和多层变阻器（MLV）通常用来保护低速、高功耗固体电路。目前，一种基于聚合物正温度系数（PPTC）技术发展而来的新器件，具有处理经常出现在电子电路间的较大ESD脉冲的性能。根据静电（ESD）抑制器的聚合物的结构特性，可生产出各种形状的ESD抑制器，以满足不同的应用需要。

2.PPTC浪涌抑制器件

（1）PPTC的基本特性

PPTC是指高分子聚合物正温度热敏电阻，PPTC是由聚合物与导电粒子等所构成，在经过特殊加工后，导电粒子在聚合物中构成链状导电通路。当正常工作电流通过时，PPTC呈低阻状态，如图3-56a所示；当电路中有异常过电流通过时，大电流产生的热量使聚合物迅速膨胀，切断导电粒子构成的导电通路，PPTC呈高阻状态，如图3-56b所示；当电路中过电流消失后，聚合物冷却，体积恢复正常，其中导电粒子又重新构成导电通路，PPTC又呈低阻状态，如图3-56c所示。PPTC的体积小，成本低，可反复使用，实现了电路保护的自动启动和自动恢复。

图3-56 聚合物与导电粒子状态示意图

PPTC的电阻值与温度变化的关系曲线如图3-57所示。在图3-57中的a点温度较低，PPTC产生的热和散发的热达到平衡。在图3-57中的b点温度较高时，PPTC处于热平衡状态。在图3-57中的c点温度继续增加时，PPTC达到热平衡临界点（居里点），此时很小的温度变化就可以导致阻值大幅度的增加。图3-57中的d点是PPTC处于高阻状态，限制大电流通过，从而保护电器不受损坏。

（2）接线方式

PPTC没有极性，适用于AC和DC电源，与被保护电器串联于电路中。自复熔丝接线图如图3-58所示。

图3-57 PPTC的电阻值与温度变化的关系曲线

图3-58 自复熔丝接线图

（3）PPTC的工作性能及特点

1）零功率电阻低。PPTC自身的阻抗较低，正常工作时功率损耗小，表面温度低。

2）过电流保护速度快。PPTC由于自身材料特性，过电流状态响应速度比其他过电流保护装置快得多。

3）自锁运行。PPTC在过电流保护状态以极小的电流锁定在高阻状态，只有切断电源或过电流消失后，才会恢复低阻状态。

4）自动复位。PPTC在起到过电流保护作用后（故障排除）自行复位，无需进行拆换。

5）耐大电流。PPTC有极好的耐大电流能力，有的规格可承受100A的电流冲击。

（4）PPTC应用电路

通常有两种保护方案可以采用，一是分路保护，LED阵列分路保护方案如图3-59所示。对于多串的LED系统，可以在每个支路上串联一只PPTC分别进行保护。这种方式的好处是可以实现精确保护，不会因为某一支路的故障而导致整个LED灯具的不工作，保护的可靠性好。二是主干路保护，LED阵列主干路保护方案如图3-60所示。这种保护就是在灯具的主回路上串联一只PPTC，对整个LED灯具进行保护。这种方式的好处是成本低，占板面积小。

图3-59 LED阵列分路保护方案

图3-60 LED阵列主干路保护方案

此外，PPTC可以作为温度传感器与LED驱动器配合使用，实现LED阵列照明的过热保护。PPTC多热点过热保护方案如图3-61所示。在大型矩阵式LED照明灯具中，由于LED串众多且结构较为复杂，在实际应用中容易出现过热故障的位置，往往并不固定于某个特定的位置，因此单只过热检测器件很难提供完善的过热保护。PPTC在正常工作下的低电阻以及正温度系数特性，可以方便地将数只PPTC串联于热保护检测电路中，实现多点过热监控。将多个PPTC串联、并安装于可能出现过热的部位。由于PPTC的低电阻，THRM引脚电平为0，电源电路正常工作。当LED灯具某处或多处发生过温故障时，THRM回路中的一只或几只PPTC受热，电阻急剧上升，THRM引脚电平变为高电平，从而启动LED驱动器设计的过热保护方案，实现过热关断或过热降低驱动电路输出电流。这种解决方案对LED光源的过热保护而言经济、有效。

图3-61 PPTC多热点过热保护方案

PPTC由于其本身的诸多特点，非常适合于LED照明系统的过电流和过热保护，在设计中可以将PPTC安装在金属芯电路板或LED散热板中，以实现最好的热传导，使PPTC保护更加及时、有效。此外，PPTC产品的封装形式多样，能根据要求定制封装，灵活性很强。但过热保护没有标准解决方案，具体设计必须结合实际灯具，并要进行充分验证。

3.TVS瞬态干扰抑制器

硅瞬变吸收二极管（TVS）是一种新型高效电路保护器件，它具有极快的响应时间（亚纳秒级）和相当高的浪涌吸收能力。当它的两端经受瞬间的高能量冲击时，TVS能以极高的速度把两端间的阻抗值由高阻抗变为低阻抗，以吸收一个瞬间大电流，从而把它的两端电压钳制在一个预定的数值上，保护后面的电路元件不受瞬态高压尖峰脉冲的冲击。

TVS的工作有点像普通的稳压管，是钳位型的抗干扰吸收器件，其应用中的接线是与被保护设备并联使用的。硅瞬变电压吸收二极管具有多个电压档次，可用于保护设备或电路免受静电、电感性负载切换时产生的瞬变电压，以及雷电感应过电压的损坏。

TVS是利于PN结的反向特性来进行工作的，在加上反向电压时，反向电流很小，当反向电压逐渐增高时，反向电流基本保持不变。当反向电压增加到某一数值时，反向电流急剧增大，这种现象称之为反向击穿，此时的反向电压称为击穿电压。根据工艺和结构的不同，其击穿电压可从1V至几百伏。TVS的响应速度很快，有的型号甚至可以达到亚纳秒级的速度，其结电容也比较小，缺点是通流量比较小，一般只能达几百安培的能力（组合型的例外），所以它比较适合用于信号电路和小功率场合。

（1）TVS的特性

TVS的电路符号和普通的稳压管相同，其电压-电流特性曲线如图3-62所示。其正向特性与普通二极管相同，反向特性为典型的PN结雪崩器件。图3-63所示是TVS的电压（电压）时间特性曲线。在浪涌电压的作用下，TVS两极间的电压由额定反向关断电压V_WM上升到击穿电压V_BR而被击穿。随着击穿电流的出现，流过TVS的电流将达到峰值脉冲电流I_PP，同时在其两端的电压被钳位到预定的最大钳位电压V_C以下。其后，随着脉冲电流按指数衰减，TVS两极间的电压也不断下降，最后恢复到初态。这就是TVS抑制可能出现的浪涌脉冲功率，保护电子元器件的动作过程。当TVS两极受到反向高能量冲击时，它能达到亚纳秒级的速度，将其两极间的阻抗由高变低，吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极间的电位钳位于预定值，有效地保护电子设备中的元器件免受浪涌脉冲的损害。TVS具有响应时间快、瞬态功率大、漏电流低、击穿电压偏差小、钳位电压容易控制、体积小等优点。

图3-62 TVS电压-电流特性曲线

图3-63 TVS的电压（电流）时间特性曲线

TVS器件的限压值可达额定电压的1.8倍，其主要缺点是电流负荷能力很弱、电容相对较高，器件自身的电容随着器件额定电压变化，即器件额定电压越低，电容越大。这个电容也会同相连的导线中的电感构成低通环节，对数据传输产生阻尼作用，阻尼程度与电路中的信号频率相关。

TVS的V_R称为最大转折电压，是反向击穿之前的临界电压。V_BR是击穿电压，其对应的反向电流I_T一般取值为1mA。V_C是最大钳位电压，当TVS中流过的峰值电流为I_PP时，TVS两端电压就不再上升了。因此TVS能始终把被保护的器件或设备的端口电压限制在V_B～V_C的有效区内。与稳压管不同的是，I_PP的数值可达数百安培，而钳位响应时间仅为1×10^-9s。TVS的最大允许脉冲功率为P_M=V_CI_PP，且在给定最大钳位电压下，功耗P_M越大，其浪涌电流的承受能力越大。

（2）TVS的主要参数

TVS的主要参数有：

1）最大反向漏电流I_D。当最大反向工作电压施加到TVS上时，产生的一个恒定电流称为最大漏电流。当TVS用于高阻抗电路时，这个漏电流是一个重要的参数。

2）击穿电压V_BR。V_BR是TVS最小的击穿电压，指器件在发生击穿的区域内，在规定的试验电流条件下所测得的器件两端的电压值。在25℃时，低于V_BR，TVS不会发生雪崩。当TVS流过规定的1mA电流（I_R）时，加于TVS两极的电压为其最小击穿电压V_BR。按TVS的V_BR与标准值的离散程度，可把V_BR分为5%和10%两种。对于5%的V_BR来说，V_WM=0.85V_BR；对于10%的V_BR来说，V_WM=0.81V_BR。

3）击穿电流I_R。指器件在发生击穿的区域内，在规定的试验电压条件下所测得的流过器件的电流值。

4）最大反向工作电压V_WM。该电压是指器件反向工作时，在规定的漏电流下，器件两端的电压值，流过它的电流应小于或等于其最大反向漏电流I_D。通常取：

V_WM=(0.8～0.9)V_BR （3-26）

在这个电压下，器件的功率消耗很小。

5）最大反向峰值脉冲电流I_PP。该参数是指在反向工作条件下，在规定的脉冲时间内器件所允许通过的最大峰值脉冲电流。

6）最大钳位电压V_C。当持续时间为20μs的脉冲峰值电流I_PP流过TVS时，在其两端出现的最大峰值电压称为最大钳位电压。最大钳位电压与击穿电压之比称为钳位系数。一般钳位系数取值为1.33（在总的额定功率下）或1.20（在50%的额定功率下）。最大钳位电压V_C和最大峰值脉冲电流I_PP反映了TVS的浪涌抑制能力。

7）电容量C。电容量C是由TVS雪崩结截面决定的，是在特定的1MHz频率下测得的。C的大小与TVS的电流承受能力成正比，C太大将使信号衰减。因此，C是数据接口电路选用TVS的重要参数。

8）钳位时间T_C。T_C是从零到最小击穿电压V_BR的时间。对单极性TVS小于1×10^-9s；对双极性TVS小于10×10^-9s。

9）最大峰值脉冲功耗P_M。P_M是TVS能承受的最大峰值脉冲功率耗散值。在给定的最大钳位电压下，功耗P_M越大，其浪涌电流的承受能力越大；在给定的功耗P_M下，钳位电压V_C越低，其浪涌电流的承受能力越大。另外，峰值脉冲功耗还与脉冲波形、持续时间和环境温度有关。而且，TVS所能承受的瞬态脉冲是不重复的，器件规定的脉冲重复频率（持续时间与间歇时间之比）为0.01%。如果电路内出现重复性脉冲，应考虑脉冲功率的累积有可能损坏TVS。

（3）TVS的分类

TVS器件按极性可分为单极性和双极性两种；按用途可分为通用型和专用型；按封装和内部结构可分为轴向引线TVS、双列直插TVS阵列、贴片式和大功率模块等。轴向引线的产品峰值功率可以达到400W、500W、600W、1500W和5000W。其中，大功率的产品主要用在电源馈线上，低功率产品主要用在高密度安装的场合。对于高密度安装的场合还可以选择双列直插和表面贴装的封装形式。

（4）TVS的命名

TVS系列产品有：SA系列−500W；P6KE，SMBJ系列−600W；1N5629～1N6389，1.5KE，LC，LCE系列−1500W；5KP系列−5000W；15KAP，15KP系列−15000W。其中尤以P6KE和1.5KE系列最为常见，它们的命名规则如下：

第一部分P6KE或1.5KE代表产品系列；

第二部分的数字，代表最小击穿电压；

第三部分字母A或CA，A代表单向TVS管；CA代表双向TVS管。(www.daowen.com)

例如，P6KE200A为500W最小击穿电压约200V的单向TVS管。

（5）几种常用瞬态干扰抑制器性能比较

各种瞬态干扰抑制器的共同特点为器件在阈值电压以下都呈现高阻抗，一旦超过阈值电压，则阻抗便急剧下降，都对尖峰电压有一定的抑制作用，但都有其各自的优缺点。因此根据具体的应用场合，一般采用上述器件中的一个或者几个的组合来构建相应的保护电路。各种浪涌抑制器件的参数对比见表3-5。

表3-5 各种浪涌抑制器件的参数对比

（6）TVS管选用指南

处理瞬时脉冲对器件损害的最好办法是将瞬时电流从敏感器件引开。TVS在电路板上与被保护电路并联，当瞬时电压超过电路正常工作电压后，TVS便发生雪崩，提供给瞬时电流一个超低电阻通路，其结果是瞬时电流通过TVS被引开，避开被保护器件，并且在电压恢复正常值之前使被保护回路一直保持截止电压。当瞬时脉冲结束以后，TVS自动回复高阻状态，整个回路进入正常电压。许多器件在承受多次冲击后，其参数及性能会发生退化，而只要工作在限定范围内，TVS将不会发生损坏或退化。从以上过程可以看出，在选择TVS时，必须注意以下几个参数的选择：

1）最小击穿电压V_BR和击穿电流I_R。V_BR是TVS最小的击穿电压，在25℃时，低于这个电压TVS是不会发生雪崩的。当TVS流过规定的1mA电流（I_R）时，加于TVS两极的电压为其最小击穿电压V_BR。为了满足IEC61000-4-2国际标准，TVS必须达到可以处理最小8kV（接触）和15kV（空气）的ESD冲击标准，有的半导体生产厂商在自己的产品上使用了更高的抗冲击标准。

2）最大反向漏电流I_D和额定反向关断电压V_WM。V_WM是TVS在正常状态时可承受的电压，此电压应大于或等于被保护电路的正常工作电压，否则TVS会不断截止回路电压。但它又需要尽量与被保护回路的正常工作电压接近，这样才不会在TVS工作以前使整个回路面对过电压的威胁。当这个额定反向关断电压V_WM加于TVS的两极间时，它处于反向关断状态，流过它的电流应小于或等于其最大反向漏电流I_D。

TVS的额定反向关断电压V_WM应大于或等于被保护电路的最大工作电压。若选用的V_WM太低，器件可能进入雪崩或因反向漏电流太大影响电路的正常工作。若TVS有可能承受来自两个方向的尖峰脉冲电压（浪涌电压）冲击时，应当选用双极性的TVS。

3）最大钳位电压V_C和最大峰值脉冲电流I_PP。当持续时间为20ms的脉冲峰值电流IPP流过TVS时，在其两端出现的最大峰值电压为V_C。V_C、I_PP反映了TVS的浪涌抑制能力。V_C与V_BR之比称为钳位因子，一般在1.2～1.4之间。V_C是二极管在截止状态提供的电压，也就是在ESD冲击状态时通过TVS的电压，它不能大于被保护回路的可承受极限电压，否则器件将面临被损伤的危险。选择时应首先确定被保护电路的最大直流或连续工作电压，电路的额定标准电压和最大可承受电压。所选用TVS的V_C值应低于被保护元件的最高电压。

4）P_ppm额定脉冲功率是基于最大截止电压和此时的峰值脉冲电流的，在规定的脉冲持续时间内，在确定了最大钳位电压后，其峰值脉冲电流应大于瞬态浪涌电流。一般TVS的最大峰值脉冲功率是以10/1000μs的非重复脉冲给出的，而实际的脉冲宽度是由脉冲源决定的，当脉冲宽度不同时其峰值功率也不同。如某600WTVS，对于1000μs脉宽最大吸收功率为600W，但是对于50μs脉宽吸收功率就可达到2100W，而对于10μs的脉宽最大吸收功率就只有200W了。而且吸收功率还和脉冲波形有关，如果是半个正弦波形式的脉冲，吸收功率就要减到75%，若是方波形式的脉冲，吸收功率就要减到66%。

5）最大峰值脉冲功率P_M是TVS能承受的最大峰值脉冲功率值。TVS的最大峰值脉冲功率P_M必须大于被保护电路可能出现的峰值脉冲功率。在给定的最大钳位电压下，功率P_M越大，其浪涌电流的承受能力越大。在给定的功率P_M下，钳位电压V_C越低，其浪涌电流的承受能力越大。另外，峰值脉冲功率还与脉冲波形、持续时间和环境温度有关。而且，TVS所能承受的瞬态脉冲是不重复的，器件规定的脉冲重复频率（持续时间与间歇时间之比）为0.01%。如果电路内出现重复性脉冲，应考虑脉冲功率的累积而损坏TVS。

6）电容量C。TVS的电容对电路的干扰越大，会形成噪声或衰减信号强度，因此需要根据回路的特性来决定所选器件的电容范围。高频回路一般选择电容应尽量小（如LCTVS、低电容TVS，电容不大于3pF）。

TVS在正常工作状态下不要处于击穿状态，最好处于V_R以下，应综合考虑V_R和V_C两方面的要求来选择适当的TVS。如果知道比较准确的浪涌电流I_PP，则可利用V_CI_PP来确定功率；如果无法确定I_PP的大致范围，则选用功率大些的TVS为好。

TVS虽然可以在−55～+150℃温度范围内工作，但因其反向漏电流I_D是随温度增加而增大，功耗随TVS结温增加而下降，从+25～+175℃，大约线性下降50%；击穿电压V_BR也随温度的增加按一定的系数增加。因此，在设计选用时必须查阅相关产品的技术参数，并考虑温度变化对其特性的影响。

（7）TVS管在使用中应注意的事项

TVS管在使用中应注意的事项有：

1）对于TVS瞬变电压的吸收功率（峰值）与瞬变电压脉冲宽度间的关系，在手册中给的只是特定脉宽下的吸收功率（峰值），而实际电路中的脉冲宽度则变化莫测，事前要有估计，对宽脉冲应降额使用，对重复出现的瞬变电压的抑制，尤其值得注意的是TVS的稳态平均功率是否在安全范围之内。

2）对小电流负载的保护，可有意识地在电路中增加限流电阻，只要限流电阻的阻值适当，不会影响电路的正常工作，但限流电阻对干扰所产生的电流却会大大减小，这就可选用峰值功率较小的TVS来对小电流负载电路进行保护。

3）作为半导体器件的TVS，要注意环境温度升高时的降额使用问题。特别要注意TVS的引线长短，以及它与被保护电路的相对距离。当没有合适电压的TVS供采用时，允许用多个TVS串联使用。串联的TVS最大电流决定于所采用TVS中电流吸收能力最小的一个，而峰值吸收功率等于这个电流与串联TVS电压之和的乘积。

4）TVS的结电容是影响它在高速电路中使用的关键因素，在这种情况下，一般用一个TVS与一个快恢复二极管以背对背的方式连接，由于快恢复二极管有较小的结电容，因而两者串联的等效电容也较小，可满足高频使用的要求。

4.氧化物压敏电阻

（1）氧化物压敏电阻特性

氧化物压敏器件是一种氧化物陶瓷元件，其应用越来越广泛。它的典型应用产品是氧化锌压敏电阻。氧化锌压敏电阻是以氧化锌为主体材料，加入适量掺杂物，用常规的陶瓷工艺制备而成。压敏电阻是一种具有瞬态电压抑制功能的元件，压敏电阻可以对电气设备的电路进行保护，防止因静电放电、浪涌及其他瞬态电流（如雷电感应等）而引起的电路损坏。使用时，只需将压敏电阻并接于被保护的电路或电子设备输入端，当电压瞬间高于某一数值时，压敏电阻阻值迅速下降，导通大电流，从而保护电子设备；当电压低于压敏电阻工作电压值时，压敏电阻呈高阻状态，近乎于开路，因而不会影响电子设备的正常工作。

当压敏电阻两端加上电压时，在某一电压值（压敏电压值）以下几乎没有电流通过，一旦浪涌电压超过电压敏电阻的压敏电压值时，电流会急剧增大，其伏安特性如图3-64a所示。这样，压敏电阻可以起到很好的电压钳位作用，如图3-64b所示。

图3-64 压敏电阻伏安特性及对浪涌电压的钳位作用

氧化锌压敏电阻和其他非线性元件（如雪崩二极管等）相比具有使用电压范围宽（从几伏到几万伏以上），耐浪涌能力较强，生产工艺简单、价廉，电压温度系数小等优点。

压敏电阻是现在使用得最多的浪涌抑制器件，它是一种非线性的元件，在低电压的预击穿区，V-I特性受外界的热激发射电流效应控制，表现为电流饱和的高电阻性，即压敏电阻的电阻值。当电压超过一定值后，V-I特性曲线进入击穿区，热激发射电流的导电机制已不起重要作用了，代之而起决定作用的是隧穿电流导电机制。此时，电阻值随着电压增高而急剧变小。压敏电阻的优点是响应速度比较快，且通流量也比较大，其缺点是静电电容较大，会对1MHz以上的信号造成衰减。因此，在中高频的信号电路中无法采用。氧化物压敏电阻可作为电路的第一级或第二级保护。在一些要求高的电子设备中仅用它来保护还不够，在实际应用中应与TVS等保护器件组合成综合保护单元。

氧化物压敏电阻由于性能价格比较高，是目前广泛应用的瞬变干扰吸收器件。描述压敏电阻性能的主要参数是压敏电阻的标称电压和通流容量，即浪涌电流吸收能力。标称电压是应用中经常易弄混淆的一个参数。压敏电阻标称电压是指在恒流条件下（外径为7mm以下的压敏电阻取0.1mA；7mm以上的取1mA）出现在压敏电阻两端的电压降。由于压敏电阻有较大的动态电阻，在规定的标准冲击电流下（通常是8/20μs的标准冲击电流）出现在压敏电阻两端的电压（亦称是最大限制电压）大约是压敏电阻标称电压的1.8～2倍（此值也称残压比）。这就要求在选择压敏电阻时要充分考虑压敏电阻这一动态特性，对确有可能遇到较大冲击电流的场合，应选择外形尺寸较大的器件（压敏电阻的电流吸收能力正比于器件的通流面积，耐受电压正比于器件厚度，而吸收能量正比于器件体积）。

压敏电阻被广泛作为系统中的二级保护器件，因为压敏电阻在毫微秒时间范围内具有更快的响应时间，不会产生后续电流问题。在电子设备的保护电路中，压敏电阻可以用于放电电流为2.5～5kA（8/20μs）的中级保护装置。压敏电阻的缺点是易老化和较高的电容问题，压敏电阻的漏电流将因老化而增大，其值的大小取决于承载瞬变电流的频繁程度。其应用于灵敏的电子电路中将造成测量失真，并且器件易发热。压敏电阻大电容问题使它不能应用于高频信息传输线路，这些电容将同导线的电感一起形成低通环节，从而对信号产生严重的阻尼作用。不过，在30kHz以下的频率范围内，这一阻尼作用是可以忽略的。

使用压敏电阻要注意它的固有电容，根据外形尺寸和标称电压的不同，电容量在数千至数百pF之间，这意味着压敏电阻不适宜在高频场合下使用，比较适合于在工频场合，如作为电源进线处的保护用。特别要注意的是，压敏电阻对瞬变干扰吸收时的高速性能，故安装压敏电阻必须注意其引线的感抗作用，过长的引线会引入由于引线电感产生的感应电压（在示波器上，感应电压呈尖刺状）。引线越长，感应电压也越大。为取得满意的干扰抑制效果，应尽量缩短其引线。

（2）氧化物压敏电阻常规技术参数

氧化物压敏电阻常规技术参数有：

1）标称电压。标称电压（即压敏电压）是指在规定的温度和直流电流下，压敏电阻两端的电压值。

2）漏电流。漏电流是指在25℃条件下，当在压敏电阻两端施加最大连续直流电压时，压敏电阻中流过的电流值。

3）等级电压。等级电压是指压敏电阻中通过8/20μs等级电流脉冲时在其两端呈现的电压峰值。

4）通流量。通流量是表示施加规定标准的脉冲电流（8/20μs）波形时的峰值电流。

5）浪涌环境参数。浪涌环境参数包括最大浪涌电流I_pm（或最大浪涌电压V_pm和浪涌源阻抗Z₀）、浪涌脉冲宽度T_t、相邻两次浪涌的最小时间间隔T_m，以及在压敏电阻的预定工作寿命期内，浪涌脉冲的总次数N等。

（3）氧化物压敏电阻的选用

1）标称电压选取。压敏电阻常与被保护器件或装置并联使用，在正常情况下，压敏电阻两端的直流或交流电压应低于标称电压，即使在电源波动情况最坏时，也不应高于额定值中选择的最大连续工作电压，该最大连续工作电压值所对应的标称电压值即为选用值。对于过电压保护方面的应用，压敏电压值应大于实际电路的电压值，一般应使用下式进行选择：

V_mA＝aV/bc （3-27）

式中，a为电路电压波动系数，一般取1.2；V_mA为电路直流工作电压（交流时为有效值）；b为压敏电压误差，一般取0.85；c为元件的老化系数，一般取0.9。

这样计算得到的V_mA实际数值是直流工作电压的1.5倍。在交流状态下还要考虑峰值，因此计算结果应扩大1.414倍。另外，选用时还必须注意：

•必须保证在电压波动最大时，连续工作电压也不会超过最大允许值，否则将缩短压敏电阻的使用寿命；

•在电源相线与大地间使用压敏电阻时，有时由于接地不良而使电源相线与大地之间的电压升高，所以通常采用比相与相间使用场合更高标称电压的压敏电阻。

2）通流量的选取。通常产品给出的通流量是按产品标准给定的波形、冲击次数和间隙时间进行脉冲试验时产品所能承受的最大电流值。而产品所能承受的冲击数是波形、幅值和间隙时间的函数，当电流波形幅值降低50%时冲击次数可增加一倍，所以在实际应用中，压敏电阻所吸收的浪涌电流应小于产品的最大通流量。

5.散热设计

在LED应用中，LED能承受的电流与温度有一定的关系，所以在驱动器设计时，需要考虑LED与钨丝灯泡不同，LED不辐射热量。与之相反，LED将其PN结的热量传导到LED封装的散热金属体上。由于LED产生的热量采用传导方式散发，因此这些热量需要一个高效导热路径才能将热量完全散发到空气中去。在迅速发展的LED照明设计中，大多数人将注意力集中在LED的调光控制策略上。不过，LED照明应用的本质要求将更多的注意力转移到散热控制上。

虽然LED制造商通过大幅提高每瓦的流明数而降低LED照明设计的技术障碍，但与光输出相比，仍有更多的电能转化为热量要散发出去。因此需要一个散热管理的总体设计，以确保LED散发的热量为可控制的一个温度函数。

图3-65所示为1WLED的典型性能下降特性曲线。被恒定电流驱动的LED在到达某一点后，该恒流需要线性地减少，直到在150℃这一点上达到0，恒流下降点和减小斜率取决于散热设计。

LED驱动电路散热设计需要能够应付3个潜在的热源：自发热、环境温度和LED控制电路产生的热量。如果LED照明采用的是远程电子控制，那么这将不是一个问题，不过EMC可能是一个问题。

图3-65 1WLED的典型性能下降特性曲线

使用可变电阻作为调光元件的方法对LED来说也是不切实际的，因为电阻上消耗的功率太大，而且需要专用的绕线电阻。举例来说，为了驱动一个1W的LED，需要从12V电源产生350mA的电流，在全亮度时，约有2.5W的电能被浪费在调光电阻上。而且如果电阻与LED的位置很接近，该电阻产生的附加热量将使散热问题变得更加严重。

当然，导通元件也可以是晶体管，这意味着功耗发生在晶体管，而不是可变电阻上。晶体管可采用任何类型：MOSFET、NPN双极型或PNP双极型，其线性功耗是一样的。它仍是以热形式表现出浪费的功率，而且这一热量需要在设计中考虑如何散发出去。

利用热敏电阻对LED进行散热控制是最简单的方法，PTC是一个热复位熔丝，它可以用来作为一个过电流或过热保护元件。PTC元件提高了随温度增长的标称低电阻，一直到其触发点。因此，它并不起隔离作用。PTC是一个非线性元件，当温度升到约125℃时它会产生一个有效的开关动作。但到达这一点以前，温度并不会以某种受控方式随着LED电流降额曲线而减少。

NTC热敏电阻的电阻值会随着温度产生连续的但是非线性的变化，随温度的变化值取决于特定NTC元件的β值，典型的数字是2700、3590和4400。标称电阻值通常指的是25℃下的数值，目前NTC热敏电阻的电阻值从10Ω到几兆欧姆不等。

与线性或开关变换器一起使用时，热敏电阻通常用作控制元件。电阻随温度的变化值可以通过一个公式计算出来，但通常以−40～150℃温度范围内的一个电阻值表达出来。热敏电阻的非线性响应在最敏感的区域常常只有最小的灵敏度，在较低温度下，电阻的变化要比在更高的温度时更为显著。因此可以总结为，β值越大，随着温度的升高电阻下降得更快。通过并联一个适当的电阻，响应可以变得更线性。

温度传感器的位置也非常重要，因为它需要安装在离LED芯片尽可能近的地方，以避免在LED温度升高时的热梯度和响应延迟。如果热敏电阻在控制电路中的作用是在温度升高时降低电流，那么它也有可能在温度降低时提高电流。这可能会导致LED的瞬态过热，并使得LED结温超过其额定值。LED的自发热问题可以通过自我控制的方法解决，但其隐含的热应力问题是不希望看到的。因此更好的方法是采用一个钳位电路，以确保电流不会随着温度下降而继续增加。

热控制是LED控制的一个非常重要的方面，热敏电阻的正确应用提供了一个简单和通用的LED温度控制方法。这可以通过线性技术或开关技术实现。PWM控制提供了最好的总体方法，但必须考虑所有照明系统的要求，而不只是光的要求。

LED照明系统的光学效率不仅取决于LED恒流驱动方案，还与整个系统的散热设计密切相关。为缩小体积，某些LED恒流驱动系统将LED驱动电路与散热部分贴近设计，这样容易影响可靠性。一般来说，LED照明系统的热源基本就是LED本身的热源，热源太集中会产生热损耗，因此LED驱动电路不能与散热系统紧贴在一起。应采取下列散热措施：

1）LED采用铝基板散热。

2）功率器件均匀排布。

3）尽可能避免将LED驱动电路与散热部分贴近设计。

4）抑制封装至印制电路板的热阻抗。

5）提高LED芯片的散热顺畅性，以降低热阻抗。

在进行LED电路设计时，为了更好地解决散热问题，LED和有些大功率IC需要用到铝基电路板。铝基PCB由电路层（铜箔层）、导热绝缘层和金属基层组成。电路层要求具有很大的载流能力，从而应使用较厚的铜箔，厚度一般在35～280μm。导热绝缘层是PCB铝基板的核心技术，它一般是由特种陶瓷填充特殊聚合物构成，热阻小，粘弹性能优良，具有抗热老化的能力，能够承受机械及热应力。IMS-H01、IMS-H02和LED-0601等高性能PCB铝基板的导热绝缘层正是使用了此种技术，使其具有极为优良的导热性能和高强度的电气绝缘性能。金属基层是铝基板的支撑构件，要求具有高导热性，一般是铝板，也可使用铜板（其中铜板能够提供更好的导热性），适合于钻孔、冲剪及切割等常规机械加工。

铝基板产品特点是：绝缘层薄、热阻小、无磁性、散热好、机械强度高。产品的标准厚度有：0.8mm、1.0mm、1.2mm、1.5mm、2.0mm、2.5mm、3.0mm。铜箔厚度为：1.8μm、35μm、70μm、105μm、140μm。其特点是：具有高散热性、电磁屏蔽性，机械强度高，加工性能优良。铝基板承载LED及器件的热传导，散热主要还是靠面积，集中导热可以选择高导热系数的板材，比如美国贝格斯板材，慢导热或散热选用国产一般材料即可。LED^一般使用的电压不是很高，选择1mil厚度绝缘层耐压大于2000V即可。