LED驅(qū)動(dòng)電源為什么會(huì)失效?
很多人都會(huì)有這樣的疑惑,LED燈珠明明已經(jīng)可以做到5萬(wàn)甚至10萬(wàn)小時(shí)的壽命,可是買(mǎi)來(lái)的LED燈總是很快就會(huì)壞,這究竟是為什么呢?
根據(jù)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn),在整燈失效的情況中,超過(guò)80%的原因是LED驅(qū)動(dòng)電源出了故障,因?yàn)橄鄬?duì)于LED光源來(lái)說(shuō),LED驅(qū)動(dòng)電源的結(jié)構(gòu)更復(fù)雜,需要權(quán)衡的地方也更多,所以LED驅(qū)動(dòng)電源往往比LED光源要更容易失效。
而其中導(dǎo)致LED驅(qū)動(dòng)電源失效的原因,又可以歸為以下七大類(lèi):
1、電子元器件老化
一個(gè)完整的LED電源中,包含了許多電容、電阻、二極管、三極管、連接器等電子元器件,每個(gè)電子元器件適應(yīng)環(huán)境、老化速度、使用壽命都是不一樣,而只要其中一個(gè)失效,就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)LED燈損壞。
這就與我們常說(shuō)的木桶理論非常相似,一個(gè)完整的木桶能裝多少說(shuō)取決于最短的那塊木板,一個(gè)LED燈的壽命有多長(zhǎng)取決于最短的那個(gè)元器件壽命,所以要提升LED燈壽命,就得綜合考慮各種元器件的壽命。
2、PCB板的質(zhì)量問(wèn)題
常見(jiàn)的電子元器件都需要焊接在PCB板上,而無(wú)論是選材、儲(chǔ)存條件、焊接方式最終都會(huì)影響到PCB板的成品質(zhì)量,常見(jiàn)的質(zhì)量問(wèn)題有分層、彎曲或翹起、焊錫性不良、刮傷露銅、阻抗不良等。
要保證PCB板的質(zhì)量,首先要選擇合格的板材,這是基礎(chǔ)中的基礎(chǔ);然后要確保PCB板的運(yùn)輸和儲(chǔ)存條件,確保運(yùn)輸和儲(chǔ)存過(guò)程中不會(huì)受潮、碰撞等;最后要按照規(guī)定進(jìn)行焊接,避免在焊接的過(guò)程中損壞PCB板。
3、焊點(diǎn)失效
電源封裝主要涉及PCB板與元器件之間的連接工作,其中焊點(diǎn)扮演著重要的角色。焊點(diǎn)的主要作用是實(shí)現(xiàn)電子元器件與基板(LED電源中針對(duì)的是PCB板)的機(jī)械連接和電氣連接,焊點(diǎn)質(zhì)量嚴(yán)重影響著器件的可靠性。
LED焊點(diǎn)失效(焊球脫落、鍵合線斷裂等)一方面來(lái)自于生產(chǎn)裝配中的焊接故障,如焊料橋連、虛焊、空洞、曼哈頓現(xiàn)象等。另一方面是在服役過(guò)程中,當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí),由于元器件與PCB板存在熱膨脹系數(shù)差,在焊點(diǎn)內(nèi)產(chǎn)生熱應(yīng)力,應(yīng)力的周期性變化會(huì)造成焊點(diǎn)的疲勞損傷,最終導(dǎo)致疲勞失效。
4、LED電源的散熱問(wèn)題
驅(qū)動(dòng)電路有少數(shù)元器件對(duì)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(dǎo)致其壽命大大縮短,提前失效,致使LED電壓出現(xiàn)故障,LED燈具失效。
尤其是對(duì)于內(nèi)置式電源(放置在整燈內(nèi)的電源),發(fā)熱量大的電源會(huì)增加整燈的導(dǎo)熱、散熱壓力,LED的溫度會(huì)升高,其光效和壽命都將大大降低。所以在設(shè)計(jì)初期就要同步考慮燈具和電源的設(shè)計(jì),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(shè)計(jì)出較好的燈具。
5、LED電源的設(shè)計(jì)問(wèn)題
(1)功率設(shè)計(jì)。雖然LED的光效很高,但是仍然還有80%~85%的熱能損耗,致使燈具內(nèi)部有20~30K的溫升,這是不可避免的。如果室溫在25℃,燈具內(nèi)部則有45~55℃,電源長(zhǎng)時(shí)間在高溫環(huán)境下工作,要保證壽命就必須加大功率余量,一般留存1.5~2倍的余量。
(2)元件選型。燈具內(nèi)部溫度在45~55℃時(shí),電源內(nèi)部溫升還有20℃左右,則元件附件的溫度要達(dá)到65~75℃。有些元器件在高溫時(shí)參數(shù)會(huì)漂移,甚至壽命會(huì)縮短,所以元器件要選擇能在較高溫度下長(zhǎng)時(shí)間使用的,尤其需要注意電解電容和導(dǎo)線。
(3)電性能設(shè)計(jì)。開(kāi)關(guān)電源針對(duì)LED的參數(shù)設(shè)計(jì),主要是恒流參數(shù),電流的大小決定LED的亮度,如果批量電流誤差太大,則整批燈的亮度也會(huì)不均勻。亮度不均勻還會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品的溫度不同,致使產(chǎn)品的壽命不一致。
(4)PCB布板設(shè)計(jì)。LED燈具留給電源的尺寸較?。ǔ请娫赐庵茫?,所以在PCB的設(shè)計(jì)上要求較高,要考慮的因素也很多。比如布板要考慮熱量均衡,發(fā)熱元件要均勻分布,避免局部溫度升高,同時(shí)電解電容要遠(yuǎn)離熱源,減緩老化,延長(zhǎng)使用壽命。
6、電網(wǎng)電壓超出電源負(fù)荷
當(dāng)同一個(gè)變壓器電網(wǎng)支路配線太長(zhǎng),支路中有大型動(dòng)力設(shè)備時(shí),在大型設(shè)備啟停時(shí),電網(wǎng)電壓會(huì)劇烈波動(dòng),甚至導(dǎo)致電網(wǎng)不穩(wěn)。當(dāng)電網(wǎng)瞬時(shí)電壓超過(guò)310VAC時(shí)就有可能損毀驅(qū)動(dòng)器(防雷裝置只能應(yīng)對(duì)幾十微秒級(jí)別的脈沖,電網(wǎng)波動(dòng)可能達(dá)到幾十到幾百毫秒)。
因此,路燈照明支路電網(wǎng)上有大型電力機(jī)械時(shí)要特別注意,最好監(jiān)測(cè)下電網(wǎng)波動(dòng)幅度,或者由單獨(dú)電網(wǎng)變壓器供電。
7、雷擊損壞
雷擊是常見(jiàn)的自然現(xiàn)象,每年給全球帶來(lái)的損失都以千億美元來(lái)計(jì)算,其中直接雷擊帶來(lái)的能量沖擊一般電源是無(wú)法承受的,所以這里主要討論間接沖擊。
雷擊所形成的雷擊浪涌沖擊是一種瞬時(shí)的高電壓或者大電流,沿著電源線或其他路徑(傳導(dǎo)雷)或通過(guò)電磁場(chǎng)(感應(yīng)雷)而傳送至電源線路。雷擊浪涌的波形是快速上升然后下降,極高的瞬時(shí)沖擊極有可能損壞電子器件,所以還需要給電源加裝防雷裝置。
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