LED驅動電源失效分析
日期:2018-11-01 瀏覽
相對于LED燈尺寸規格以及led客廳燈怎么選購光源來說,LED驅動電源的結構更復雜,需要權衡的地方會更多,使得LED驅動電源往往比LED光源先失效。據統計,整燈失效中超過80%的原因是電源出現了故障。導致LED驅動電源失效的原因很多,可歸納為以下幾大類。
1、電子元器件老化
包括電阻、電容、二極管、三極管、LED、連接器、IC等器件開路、短路、燒毀、漏電、功能失效、電參數不合格、非穩定失效等各種失效問題。
2、PCB質量問題
包括PCB、PCBA潤濕不良、爆板、分層、CAF、開路、短路等等各種失效問題。
LED驅動電源失效分析
3、LED電源散熱不良
驅動電路由電子元件組成,少數元件對溫度非常敏感。如電解電容,通行的電解電容壽命估算公式為“溫度每降低10度,壽命增加一倍”,散熱不良很可能導致其壽命大大縮短,提前失效,致使LED電壓出現故障,燈具失效。尤其是對于內置式電源(放在整燈內的電源),發熱量大的電源會增加整燈的導熱、散熱壓力,LED的溫度將升高,其光效和壽命將大大降低。所以在設計LED電源時,就應該重視其自身的散熱問題。因此在開始設計燈具初期進行評估,電源的設計同步進行,就能解決以上問題。在設計中要綜合考慮LED的散熱和電源的散熱,整體控制燈具的升溫,這樣才能設計出較好的燈具。
4、電源設計中的問題
(1)功率設計。雖然LED光效高,但是還有80%~85%的熱能損耗,致使燈具內部有20~30K的溫升,如果室溫在25℃,燈具內部則有45~55℃,電源長時間在高溫環境下工作,要保證壽命就必須加大功率裕量,一般留存1.5~2倍的裕量。
(2)元件選型。燈具內部溫度在45~55℃時,電源內部溫升還有20℃左右,則元件附件的溫度要達到65~75℃。有些元件在高溫時參數會漂移,甚至壽命會縮短,所以器件要選擇能在較高溫度下長時間使用的,還要特別注意電解電容和導線。
(3)電性能設計??氐繚湊攵訪ED的參數設計,主要是恒流參數,電流的大小決定LED的亮度,如果批量電流誤差較大,則整批燈的亮度不均勻。而且溫度的變化也能致使電源輸出電流偏移。一般批量誤差控制在±5%以內,才能保證燈的亮度一致,LED的正向壓降有偏差,電源設計的恒流電壓范圍要包含LED的電壓范圍。多個LED串聯使用時,最小壓降乘以串聯數量為下限電壓,最大壓降乘以串聯數量為上限電壓,電源的恒流電壓范圍要比這個范圍稍寬些,一般上下限各留1~2V裕量。
(4)PCB布板設計。LED燈具留給電源的尺寸較小(除非電源是外置的),所以在PCB設計上要求較高,要考慮的因素也較多。安全距離要留夠,要求輸入和輸出隔離的電源,一次側電路和二次側電路要求耐壓1500~2500VAC,在PCB上至少要留夠3mm的距離。如果是金屬外殼的燈具,則整個電源的布板還要考慮高壓部分和外殼的安全距離。如果沒有空間保證安全距離就要利用其他措施保證絕緣,比如在PCB上打孔、加絕緣紙、灌封絕緣膠等。另外布板還要考慮熱量均衡,發熱元件要均勻分布,不能集中放置,避免局部溫度升高。電解電容遠離熱源,減緩老化,延長使用壽命。
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5、雷擊損壞
雷擊是一種常見的自然現象,特別是在雨季尤為常見。其所帶來的危害和損失全球每年以千億美元來計。雷擊分為直接雷擊和間接雷擊,間接雷主要包括傳導雷和感應雷。由于直接雷所帶來的能量沖擊非常大,破壞力極強,一般電源是無法承受的,故這里主要討論的是間接雷型。
雷擊所形成的浪涌沖擊是一種瞬態波,屬于瞬變干擾,可以是浪涌電壓,也可以是浪涌電流。沿著電源線或其他路徑(傳導雷)或通過電磁?。ǜ杏祝┒橢戀繚聰唄?。其波形特征是先快速上升然后慢慢下降。這種現象會對電源產生致命的影響,其產生的瞬間的浪涌沖擊遠遠超出一般電子器件的電性應力,導致的直接結果是電子元件損壞。
6、電網電壓超出電源負荷
當同一個變壓器電網支路配線太長,支路中有大型動力設備時,在大型設備啟停時,電網電壓會劇烈波動,甚至導致電網不穩。當電網瞬時電壓超過310 VAC時有可能損壞驅動器(即使有防雷裝置也無效,因為防雷裝置是應對幾十微秒級別的脈沖尖峰,而電網波動可能達到幾十毫秒,甚至幾百毫秒)。因此,路燈照明支路電網上有大型電力機械時要特別注意,最好監測下電網波動幅度,或者由單獨電網變壓器供電。
7、焊點失效
電源封裝主要涉及PCB板與元器件之間的連接工序,其中焊點扮演者重要的角色。焊點的主要作用是實現電子元器件與基板(LED電源中針對的是PCB板)的機械連接和電氣連接,焊點質量嚴重影響著器件的可靠性。焊點失效一方面來自于生產裝配中的焊接故障,如焊料橋連、虛焊、空洞、曼哈頓現象。另一方面是在服役過程中,當環境溫度變化時,由于元器件與PCB板存在熱膨脹系數差,在焊點內產生熱應力,應力的周期性變化會造成焊點的疲勞損傷,最終導致疲勞失效。
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