LED驱动电源为什么会失效?
很多人都会有这样的疑惑,LED灯珠明明已经可以做到5万甚至10万小时的寿命,可是买来的LED灯总是很快就会坏,这究竟是为什么呢?
根据调查研究发现,在整灯失效的情况中,超过80%的原因是LED驱动电源出了故障,因为相对于LED光源来说,LED驱动电源的结构更复杂,需要权衡的地方也更多,所以LED驱动电源往往比LED光源要更容易失效。
而其中导致LED驱动电源失效的原因,又可以归为以下七大类:
1、电子元器件老化
一个完整的LED电源中,包含了许多电容、电阻、二极管、三极管、连接器等电子元器件,每个电子元器件适应环境、老化速度、使用寿命都是不一样,而只要其中一个失效,就会导致整个LED灯损坏。
这就与我们常说的木桶理论非常相似,一个完整的木桶能装多少说取决于最短的那块木板,一个LED灯的寿命有多长取决于最短的那个元器件寿命,所以要提升LED灯寿命,就得综合考虑各种元器件的寿命。
2、PCB板的质量问题
常见的电子元器件都需要焊接在PCB板上,而无论是选材、储存条件、焊接方式最终都会影响到PCB板的成品质量,常见的质量问题有分层、弯曲或翘起、焊锡性不良、刮伤露铜、阻抗不良等。
要保证PCB板的质量,首先要选择合格的板材,这是基础中的基础;然后要确保PCB板的运输和储存条件,确保运输和储存过程中不会受潮、碰撞等;最后要按照规定进行焊接,避免在焊接的过程中损坏PCB板。
3、焊点失效
电源封装主要涉及PCB板与元器件之间的连接工作,其中焊点扮演着重要的角色。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。
LED焊点失效(焊球脱落、键合线断裂等)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、曼哈顿现象等。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。
4、LED电源的散热问题
驱动电路有少数元器件对温度非常敏感,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,LED灯具失效。
尤其是对于内置式电源(放置在整灯内的电源),发热量大的电源会增加整灯的导热、散热压力,LED的温度会升高,其光效和寿命都将大大降低。所以在设计初期就要同步考虑灯具和电源的设计,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。
5、LED电源的设计问题
(1)功率设计。虽然LED的光效很高,但是仍然还有80%~85%的热能损耗,致使灯具内部有20~30K的温升,这是不可避免的。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余量,一般留存1.5~2倍的余量。
(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℃。有些元器件在高温时参数会漂移,甚至寿命会缩短,所以元器件要选择能在较高温度下长时间使用的,尤其需要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,如果批量电流误差太大,则整批灯的亮度也会不均匀。亮度不均匀还会导致产品的温度不同,致使产品的寿命不一致。
(4)PCB布板设计。LED灯具留给电源的尺寸较小(除非电源外置),所以在PCB的设计上要求较高,要考虑的因素也很多。比如布板要考虑热量均衡,发热元件要均匀分布,避免局部温度升高,同时电解电容要远离热源,减缓老化,延长使用寿命。
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310VAC时就有可能损毁驱动器(防雷装置只能应对几十微秒级别的脉冲,电网波动可能达到几十到几百毫秒)。
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、雷击损坏
雷击是常见的自然现象,每年给全球带来的损失都以千亿美元来计算,其中直接雷击带来的能量冲击一般电源是无法承受的,所以这里主要讨论间接冲击。
雷击所形成的雷击浪涌冲击是一种瞬时的高电压或者大电流,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。雷击浪涌的波形是快速上升然后下降,极高的瞬时冲击极有可能损坏电子器件,所以还需要给电源加装防雷装置。
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