LED驅動電(diàn)源失效分析

    相對于LED光源來(lái)說，LED驅動電(diàn)源的結構更複雜，需要權衡的地方會(huì)更多(duō)，使得(de)LED驅動電(diàn)源往往比LED光源先失效。據統計(jì)，整燈失效中超過80%的原因是電(diàn)源出現了故障。導緻LED驅動電(diàn)源失效的原因很(hěn)多(duō)，可(kě)歸納為(wèi)以下幾大(dà)類。 

 

    1、電(diàn)子元器(qì)件老化 

 

    包括電(diàn)阻、電(diàn)容、二極管、三極管、LED、連接器(qì)、IC等器(qì)件開(kāi)路、短(duǎn)路、燒毀、漏電(diàn)、功能失效、電(diàn)參數(shù)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、爆闆、分層、CAF、開(kāi)路、短(duǎn)路等等各種失效問題。 

 

    3、LED電(diàn)源散熱不良 

 

    驅動電(diàn)路由電(diàn)子元件組成，少(shǎo)數(shù)元件對溫度非常敏感。如電(diàn)解電(diàn)容，通(tōng)行(xíng)的電(diàn)解電(diàn)容壽命估算(suàn)公式為(wèi)“溫度每降低(dī)10度，壽命增加一倍”，散熱不良很(hěn)可(kě)能導緻其壽命大(dà)大(dà)縮短(duǎn)，提前失效，緻使LED電(diàn)壓出現故障，燈具失效。尤其是對于內(nèi)置式電(diàn)源（放在整燈內(nèi)的電(diàn)源），發熱量大(dà)的電(diàn)源會(huì)增加整燈的導熱、散熱壓力，LED的溫度将升高(gāo)，其光效和(hé)壽命将大(dà)大(dà)降低(dī)。所以在設計(jì)LED電(diàn)源時(shí)，就應該重視(shì)其自身的散熱問題。因此在開(kāi)始設計(jì)燈具初期進行(xíng)評估，電(diàn)源的設計(jì)同步進行(xíng)，就能解決以上(shàng)問題。在設計(jì)中要綜合考慮LED的散熱和(hé)電(diàn)源的散熱，整體(tǐ)控制(zhì)燈具的升溫，這樣才能設計(jì)出較好的燈具。 

 

    4、電(diàn)源設計(jì)中的問題 

 

    （1）功率設計(jì)。雖然LED光效高(gāo)，但(dàn)是還(hái)有(yǒu)80%～85%的熱能損耗，緻使燈具內(nèi)部有(yǒu)20～30K的溫升，如果室溫在25℃，燈具內(nèi)部則有(yǒu)45～55℃，電(diàn)源長時(shí)間(jiān)在高(gāo)溫環境下工作(zuò)，要保證壽命就必須加大(dà)功率裕量，一般留存1.5～2倍的裕量。 

 

    （2）元件選型。燈具內(nèi)部溫度在45～55℃時(shí)，電(diàn)源內(nèi)部溫升還(hái)有(yǒu)20℃左右，則元件附件的溫度要達到65～75℃。有(yǒu)些(xiē)元件在高(gāo)溫時(shí)參數(shù)會(huì)漂移，甚至壽命會(huì)縮短(duǎn)，所以器(qì)件要選擇能在較高(gāo)溫度下長時(shí)間(jiān)使用的，還(hái)要特别注意電(diàn)解電(diàn)容和(hé)導線。 

 

    （3）電(diàn)性能設計(jì)。開(kāi)關電(diàn)源針對LED的參數(shù)設計(jì)，主要是恒流參數(shù)，電(diàn)流的大(dà)小(xiǎo)決定LED的亮度，如果批量電(diàn)流誤差較大(dà)，則整批燈的亮度不均勻。而且溫度的變化也能緻使電(diàn)源輸出電(diàn)流偏移。一般批量誤差控制(zhì)在±5%以內(nèi)，才能保證燈的亮度一緻，LED的正向壓降有(yǒu)偏差，電(diàn)源設計(jì)的恒流電(diàn)壓範圍要包含LED的電(diàn)壓範圍。多(duō)個(gè)LED串聯使用時(shí)，最小(xiǎo)壓降乘以串聯數(shù)量為(wèi)下限電(diàn)壓，最大(dà)壓降乘以串聯數(shù)量為(wèi)上(shàng)限電(diàn)壓，電(diàn)源的恒流電(diàn)壓範圍要比這個(gè)範圍稍寬些(xiē)，一般上(shàng)下限各留1～2V裕量。 

 

    （4）PCB布闆設計(jì)。LED燈具留給電(diàn)源的尺寸較小(xiǎo)(除非電(diàn)源是外置的)，所以在PCB設計(jì)上(shàng)要求較高(gāo)，要考慮的因素也較多(duō)。安全距離要留夠，要求輸入和(hé)輸出隔離的電(diàn)源，一次側電(diàn)路和(hé)二次側電(diàn)路要求耐壓1500～2500VAC，在PCB上(shàng)至少(shǎo)要留夠3mm的距離。如果是金屬外殼的燈具，則整個(gè)電(diàn)源的布闆還(hái)要考慮高(gāo)壓部分和(hé)外殼的安全距離。如果沒有(yǒu)空(kōng)間(jiān)保證安全距離就要利用其他措施保證絕緣，比如在PCB上(shàng)打孔、加絕緣紙、灌封絕緣膠等。另外布闆還(hái)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(gāo)。電(diàn)解電(diàn)容遠離熱源，減緩老化，延長使用壽命。 

 

    5、雷擊損壞 

 

    雷擊是一種常見的自然現象，特别是在雨季尤為(wèi)常見。其所帶來(lái)的危害和(hé)損失全球每年以千億美元來(lái)計(jì)。雷擊分為(wèi)直接雷擊和(hé)間(jiān)接雷擊，間(jiān)接雷主要包括傳導雷和(hé)感應雷。由于直接雷所帶來(lái)的能量沖擊非常大(dà)，破壞力極強，一般電(diàn)源是無法承受的，故這裏主要討(tǎo)論的是間(jiān)接雷型。 

 

    雷擊所形成的浪湧沖擊是一種瞬态波，屬于瞬變幹擾，可(kě)以是浪湧電(diàn)壓，也可(kě)以是浪湧電(diàn)流。沿着電(diàn)源線或其他路徑（傳導雷）或通(tōng)過電(diàn)磁場(chǎng)（感應雷）而傳送至電(diàn)源線路。其波形特征是先快速上(shàng)升然後慢慢下降。這種現象會(huì)對電(diàn)源産生(shēng)緻命的影(yǐng)響，其産生(shēng)的瞬間(jiān)的浪湧沖擊遠遠超出一般電(diàn)子器(qì)件的電(diàn)性應力，導緻的直接結果是電(diàn)子元件損壞。 

 

    6、電(diàn)網電(diàn)壓超出電(diàn)源負荷 

 

    當同一個(gè)變壓器(qì)電(diàn)網支路配線太長，支路中有(yǒu)大(dà)型動力設備時(shí)，在大(dà)型設備啓停時(shí)，電(diàn)網電(diàn)壓會(huì)劇(jù)烈波動，甚至導緻電(diàn)網不穩。當電(diàn)網瞬時(shí)電(diàn)壓超過310 VAC時(shí)有(yǒu)可(kě)能損壞驅動器(qì)（即使有(yǒu)防雷裝置也無效，因為(wèi)防雷裝置是應對幾十微秒(miǎo)級别的脈沖尖峰，而電(diàn)網波動可(kě)能達到幾十毫秒(miǎo)，甚至幾百毫秒(miǎo)）。因此，路燈照明(míng)支路電(diàn)網上(shàng)有(yǒu)大(dà)型電(diàn)力機械時(shí)要特别注意，最好監測下電(diàn)網波動幅度，或者由單獨電(diàn)網變壓器(qì)供電(diàn)。 

 

    7、焊點失效 

 

    電(diàn)源封裝主要涉及PCB闆與元器(qì)件之間(jiān)的連接工序，其中焊點扮演者重要的角色。焊點的主要作(zuò)用是實現電(diàn)子元器(qì)件與基闆（LED電(diàn)源中針對的是PCB闆）的機械連接和(hé)電(diàn)氣連接，焊點質量嚴重影(yǐng)響着器(qì)件的可(kě)靠性。焊點失效一方面來(lái)自于生(shēng)産裝配中的焊接故障，如焊料橋連、虛焊、空(kōng)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(shí)，由于元器(qì)件與PCB闆存在熱膨脹系數(shù)差，在焊點內(nèi)産生(shēng)熱應力，應力的周期性變化會(huì)造成焊點的疲勞損傷，最終導緻疲勞失效。 

 

    來(lái)源：LED網

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