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LED驱动电源失效分析

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发表于 2018-8-29 10:16:17 | 显示全部楼层 |阅读模式
相对于LED光源来说,LED驱动电源的结构更复杂,需要权衡的地方会更多,使得LED驱动电源往往比LED光源先失效。据统计,整灯失效中超过80%的原因是电源出现了故障。经过金鉴实验室长期的实证分析,导致LED驱动电源失效的原因很多,可归纳为以下7大类。

1.电子元器件老化
金鉴会针对电阻、电容、二极管、三极管、LED、连接器、IC等器件开路、短路、烧毁、漏电、功能失效、电参数不合格、非稳定失效等各种失效问题,利用物理和化学的分析手段,从宏观和微观分析出失效原因,并为客户提出改善方向。

2.PCB质量问题
金鉴针对PCB、PCBA润湿不良、爆板、分层、CAF、开路、短路等等各种失效问题,利用物理和化学的分析手段,从宏观和微观分析出失效原因,并为客户提出改善方向。


3. LED电源散热不良
驱动电路由电子元件组成,少数元件对温度非常敏感。如电解电容,通行的电解电容寿命估算公式为“温度每降低10度,寿命增加一倍”,散热不良很可能导致其寿命大大缩短,提前失效,致使LED电压出现故障,灯具失效。尤其是对于内置式电源(放在整灯内的电源),发热量大的电源会增加整灯的导热、散热压力,LED的温度将升高,其光效和寿命将大大降低。所以在设计LED电源时,就应该重视其自身的散热问题。因此在开始设计灯具初期进行评估,电源的设计同步进行,就能解决以上问题。在设计中要综合考虑LED的散热和电源的散热,整体控制灯具的升温,这样才能设计出较好的灯具。


4. 电源设计中的问题
(1)功率设计。虽然LED光效高,但是还有80%~85%的热能损耗,致使灯具内部有20~30K的温升,如果室温在25℃,灯具内部则有45~55℃,电源长时间在高温环境下工作,要保证寿命就必须加大功率裕量,一般留存1.5~2倍的裕量。


(2)元件选型。灯具内部温度在45~55℃时,电源内部温升还有20℃左右,则元件附件的温度要达到65~75℃。有些元件在高温时参数会漂移,甚至寿命会缩短,所以器件要选择能在较高温度下长时间使用的,还要特别注意电解电容和导线。


(3)电性能设计。开关电源针对LED的参数设计,主要是恒流参数,电流的大小决定LED的亮度,如果批量电流误差较大,则整批灯的亮度不均匀。而且温度的变化也能致使电源输出电流偏移。一般批量误差控制在±5%以内,才能保证灯的亮度一致,LED的正向压降有偏差,电源设计的恒流电压范围要包含LED的电压范围。多个LED串联使用时,最小压降乘以串联数量为下限电压,最大压降乘以串联数量为上限电压,电源的恒流电压范围要比这个范围稍宽些,一般上下限各留1~2V裕量。


(4)PCB布板设计。LED灯具留给电源的尺寸较小(除非电源是外置的),所以在PCB设计上要求较高,要考虑的因素也较多。安全距离要留够,要求输入和输出隔离的电源,一次侧电路和二次侧电路要求耐压1500~2500VAC,在PCB上至少要留够3mm的距离。如果是金属外壳的灯具,则整个电源的布板还要考虑高压部分和外壳的安全距离。如果没有空间保证安全距离就要利用其他措施保证绝缘,比如在PCB上打孔、加绝缘纸、灌封绝缘胶等。另外布板还要考虑热量均衡,发热元件要均匀分布,不能集中放置,避免局部温度升高。电解电容远离热源,减缓老化,延长使用寿命。


5. 雷击损坏
雷击是一种常见的自然现象,特别是在雨季尤为常见。其所带来的危害和损失全球每年以千亿美元来计。雷击分为直接雷击和间接雷击,间接雷主要包括传导雷和感应雷。由于直接雷所带来的能量冲击非常大,破坏力极强,一般电源是无法承受的,故这里主要讨论的是间接雷型。


雷击所形成的浪涌冲击是一种瞬态波,属于瞬变干扰,可以是浪涌电压,也可以是浪涌电流。沿着电源线或其他路径(传导雷)或通过电磁场(感应雷)而传送至电源线路。其波形特征是先快速上升然后慢慢下降。这种现象会对电源产生致命的影响,其产生的瞬间的浪涌冲击远远超出一般电子器件的电性应力,导致的直接结果是电子元件损坏。


6. 电网电压超出电源负荷
当同一个变压器电网支路配线太长,支路中有大型动力设备时,在大型设备启停时,电网电压会剧烈波动,甚至导致电网不稳。当电网瞬时电压超过310 VAC时有可能损坏驱动器(即使有防雷装置也无效,因为防雷装置是应对几十微秒级别的脉冲尖峰,而电网波动可能达到几十毫秒,甚至几百毫秒)。因此,路灯照明支路电网上有大型电力机械时要特别注意,最好监测下电网波动幅度,或者由单独电网变压器供电。


7. 焊点失效
电源封装主要涉及PCB板与元器件之间的连接工序,其中焊点扮演者重要的角色。焊点的主要作用是实现电子元器件与基板(LED电源中针对的是PCB板)的机械连接和电气连接,焊点质量严重影响着器件的可靠性。焊点失效一方面来自于生产装配中的焊接故障,如焊料桥连、虚焊、空洞、曼哈顿现象。另一方面是在服役过程中,当环境温度变化时,由于元器件与PCB板存在热膨胀系数差,在焊点内产生热应力,应力的周期性变化会造成焊点的疲劳损伤,最终导致疲劳失效。


此外,金鉴实验室工程师认为,整灯最重要的应力影响因素包括湿度、温度、电流、电压、机械力、化学和光辐射。这些应力相互作用,施加在LED产品上,形成各种失效模式,最后影响产品寿命。首先要注意的就是LED的光衰特性,传统灯具一般点燃100h之后就进行测量,对LED灯具来说,这个时间太短。其次是LED的热特性,LED的发光、颜色等都与其热特性相关。除了LED本身的热特性,LED灯具的散热设计也会影响LED的光效、寿命。目前许多灯具的散热设计参差不齐,造成有些LED灯光效低、寿命短,这实际上并不是LED灯本身的问题,而是灯具设计不良。LED寿命很长,但真正拿到室外环境中应用就很容易出现各种问题:在-10℃的哈尔滨,LED无法启动;在赤道地区,气候炎热使LED的散热问题严重。环境因素使LED寿命不能得到保证,这是最大的问题。LED在室内可以达到两万小时,可是在某些环境要求既散热又防水,但这两者在一定程度上是矛盾的,这些都对LED的寿命提出了挑战。





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OK,我顶你了,谢了
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爱屏爱天下,人人把屏拿
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发表于 2018-8-29 10:36:16 | 显示全部楼层
写的真的很不错,为LED行业出力了
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高手云集 果断围观
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发表于 2018-8-29 10:53:37 | 显示全部楼层
我是来向你们学习的,嘿嘿
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前排哇咔咔,就爱LED
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楼猪V5啊
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发表于 2018-8-29 11:12:55 | 显示全部楼层
看帖要回,回帖才健康,多回帖,多卖屏
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秀起来~
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