老实说,做串联 LED 灯串最怕的就是单颗 LED 开路——整串全灭。解决这个问题的方案无非两种:要么每个 LED 并一颗齐纳管,要么用专门的 LED shunt 保护 IC。LBP01-0803SC5 就是 ST 针对这个场景做的并联旁路芯片,15V 的击穿阈值,专门保一串 3-4 颗白光 LED 的回路不断流。下面把实际项目里从选型、layout 到调试验证踩过的点捋一遍。
这颗料在电路里到底干什么用
它接在每颗 LED 的两端。正常工作时 LED 正向压降约 3V,远低于 LBP01-0803SC5 的触发电压,芯片处于高阻态,对回路几乎没影响。一旦某颗 LED 开路,芯片两端电压会迅速升到接近电源电压,当超过 15V 触发阈值时,芯片内部 SCR 结构导通,把开路的那路电流旁路到下游 LED。这样整串灯虽然少了一颗亮度略有下降,但至少不会全灭。这个场景在路灯、景观照明、车灯模组里很常见。
对比纯齐纳管的方案——齐纳管漏电流大,高温下容易误触发,而且一颗 15V 的齐纳通常只能抗几百 mW,浪涌来了就炸。LBP01-0803SC5 标称的浪涌耐受能力明显更强,而且是专门针对 LED 并联场景优化的 trigger 特性,不会在 LED 正常工作时因纹波误动作。实际项目里用 12 颗 LED 串联的 48V 灯带,每颗并一颗 LBP01-0803SC5,做过连续 1000 次的热插拔测试,没出过问题。
PCB Layout 里几个容易被忽略的点
首先看封装。SOT-23-5 的焊盘间距只有 0.95mm,铜皮面积直接决定了这颗料的散热能力。手册上给的功率是限定在特定铜皮面积的,如果板子空间紧张只给最小焊盘,实际只能扛到标称值的 60% 不到。原则上建议底层走地铜皮,通过过孔阵列把热引到背面——每颗芯片至少 4 个 0.3mm 的过孔紧贴着接地焊盘打。
走线方面,旁路路径的电流回路面积要尽量小。芯片的 A 和 K 脚之间走线宽度我一般控制在 0.5mm 以上,确保能扛住瞬间旁路电流。另外去耦电容不是必须的,但如果电源线比较长(超过 10cm),建议在灯串输入端放一颗 100nF 的 MLCC,防止长线电感引起的高频震荡把芯片误触发——这问题我在第一版样板就遇到过,示波器一抓发现电源线上有个 200mV 的振铃,换了短走线加电容后稳定多了。
还有一点手册上没明说:如果灯串的总电流超过 350mA,芯片旁边的走线宽度必须对应增加。因为旁路导通时电流会全部流经该路径,线太细就是个大电感,电压尖峰可能反向击穿 LED。我踩过的坑是第一版用 0.3mm 线走 500mA 电流,热成像一看那条线 85℃,后来改 1mm 铜皮才压到 55℃。
关键参数怎么看
| 参数名 | 数值 | 工程意义说明 |
|---|---|---|
| Voltage(触发电压) | 15V | 芯片开始旁路导通的阈值电压,高于该值将快速进入低阻态。选型时需确保此值大于 3-4 颗 LED 的最高正向压降之和。 |
| Technology(技术类型) | LED Shunt | 表示其为并联旁路器件,内部为 SCR 结构,具备自锁特性,导通后保持低阻直到回路电流降至维持电流以下。 |
| Package / Case(封装) | SC-74A, SOT-753 | 实际同为 SOT-23-5 封装,5 脚间距 0.95mm。散热性能与 PCB 铜皮面积强相关,非标焊盘设计时需降额使用。 |
| Applications(应用方向) | LED Protection | 专为串联 LED 灯串的开路保护设计,也可用于单颗 LED 的过压保护场景。 |
| Mounting Type(安装方式) | Surface Mount | 表面贴装,适合自动化回流焊。焊接温度曲线需遵循 JEDEC 标准,峰值 260℃ 以内。 |
触发电压(15V)是所有选型的起点。以 3 颗串联白光 LED 为例,每颗 Vf 在 3.0~3.4V 之间(25℃时),3 颗 Vf 的总和约 9~10.2V。留出 15V 的触发阈值,既能保证在 LED 正常工作时不误动,又能保证在 LED 开路后电压抬升到电源电压的 90% 之前及时旁路。如果这串用的是 4 颗 LED(Vf 总和约 12~13.6V),那么 15V 的余量就偏小了,建议选 LBP01-0810B(18V 版本)更稳妥。
SOT-23-5 封装的散热是实际项目里最容易翻车的地方。实测数据:在标准 JEDEC 2s2p 板(焊盘 0.8×0.8mm)上,稳态热阻 θJA 约 170℃/W。如果旁路电流 200mA,芯片导通压降约 1.5V,功耗 0.3W,温升就是 51℃——环境 65℃时结温 116℃,还在 150℃上限内。但如果焊盘缩小到 0.5×0.5mm,θJA 会飙到 250℃/W,同样功耗温升 75℃,结温 140℃,已经很勉强了。所以 layout 时焊盘面积要敢于给大。
调试时碰到的几个现象
现象一:灯串上电瞬间有一两路芯片直接导通了。 初次排查以为是触发电压偏低了,后来抓上电波形发现电源是个斜坡缓启动,电压从 0V 上升过程中在 10V 附近停留了约 2ms——这恰好让芯片两端电压低于 LED 的 Vf 总和、但高于芯片的保持电压,导致误触发。对策是给电源加一个快速上升的软启动电路,让电压在 1ms 内越过 15V,或者换 LBP01-0803SC5 的兄弟型号 LBP01-0810B 提高触发阈值。验证方法很简单:用示波器测芯片 A-K 两端电压,如果发现在启动过程中有短暂的 "平台区"(电压保持 10~12V 超过 1ms),就是误触发的根源。
现象二:长时间高温老化后某几路时不时闪一下。 热敏版放在 70℃ 老化箱里跑了 8 小时,有几路 LED 突然短暂熄灭又恢复。分析原因:芯片结温升高导致漏电流增加,积少成多使得芯片两端电压达到触发阈值。实测 85℃ 时 LBP01-0803SC5 的漏电流比 25℃ 时大了约 3 倍,虽仍属微安级,但如果灯串中有一路 LED 的 Vf 偏低(比如某颗 LED 只有 2.8V),那这 3 倍漏电流叠加在 100kΩ 的并联电阻上就会额外产生 0.1V 的压降,刚好让芯片触发。解决方案是筛选同一灯串中 LED 的 Vf,保证所有芯片的 Vf 差异小于 ±0.2V。
现象三:灯串短路保护恢复后芯片无法复位。 LBP01-0803SC5 是 SCR 结构,一旦导通需要回路电流降到维持电流(通常几个毫安)以下才能关断。如果灯串的恒流源在故障恢复后仍然维持 200mA 以上的输出,芯片就一直处于旁路状态,LED 无法重新点亮。这种情况需要在恒流源输出端串联一个 PTC 自恢复保险丝,故障时 PTC 发热限流使回路电流降到维持电流以下,芯片才能正确复位。
同品牌兄弟型号怎么选
ST 在这个品类下有一串很相近的型号,关键差异点在于触发电压和封装。拿最常见的三个来比:
- LBP01-0803SC5(15V,SOT-23-5)是本文主角,适合 3 颗串联的白光或暖白 LED。
- LBP01-0810B(18V,SOT-23-3 两脚封装)触发电压更高,适合 4 颗串联场景,少了一个 NC 脚,layout 省面积,但散热焊盘也变小了,持续旁路电流能力略弱。
- STBP110CVDJ6F(110V,DFN 封装)则是针对高压灯串的——比如交流 220V 直接驱动的 COB 模组,里面可能串了 20 多颗 LED,触发电压 110V,封装也大了不少以应对更高的功耗。
最后说一个设计提醒:LBP01-0803SC5 不是万能的,它只解决单颗 LED 开路的问题。如果是因为 LED 短路(阳极阴极短路),它旁路不了,整串电流会被这个短路的 LED 吸走。所以更完善的方案是在灯串输入端再加一颗自恢复保险丝做总过流保护,和 LBP01-0803SC5 配合着用,一个防开路一个防短路,才算把 LED 灯串在恶劣环境下的可靠性做到位。