標題: 淺析LED驅(qū)動失效的原因 [打印本頁]
作者: Ameya360電子    時間: 2018-8-17 17:01
標題: 淺析LED驅(qū)動失效的原因
基本上可以說LED驅(qū)動器的主要作用是將輸入的交流電壓源轉(zhuǎn)換為輸出電壓可隨LED Vf（正向?qū)▔航底兓碾娏髟础Ｗ鰹長ED照明中的關(guān)鍵部件，LED驅(qū)動器的品質(zhì)直接影響到整體燈具的可靠性及穩(wěn)定性。本文從LED驅(qū)動等相關(guān)技術(shù)及客戶應(yīng)用經(jīng)驗出發(fā)，整理分析燈具設(shè)計及應(yīng)用中諸多的失效情況。


1、未考慮LED燈珠Vf變化范圍


LED燈具負載端，一般由若干數(shù)量的LED串并 聯(lián)組成，其工作電壓Vo＝Vf＊Ns，其中Ns表示LED串聯(lián)數(shù)量。LED的Vf隨溫度變動而變動，一般情況下，在恒定電流時，高溫時Vf變低，低溫時Vf變高。因此，高溫時LED燈具負載工作電壓對應(yīng)為VoL，低溫時LED燈具負載工作電壓對應(yīng)為VoH。在選用LED驅(qū)動器時需考慮驅(qū)動器輸出電壓范圍大于VoL～VoH。


如果選用的LED驅(qū)動器最大輸出電壓低于VoH，可能導(dǎo)致低溫時燈具的最大功率達不到實際所需功率，如果選用的LED驅(qū)動器最低電壓高于VoL，則高溫時可能驅(qū)動器輸出超出工作范圍，工作不穩(wěn)定，燈具會有閃爍等情況。


但綜合成本及效率考慮，不能一味追求LED驅(qū)動器超寬輸出電壓范圍：因為驅(qū)動器電壓只在某一個區(qū)間時，驅(qū)動器效率才是最高的。超過范圍后效率、功率因數(shù)（PF）都會變差，同時驅(qū)動器輸出電壓范圍設(shè)計太寬，則導(dǎo)致成本升高，效率無法優(yōu)化。


2、未考慮功率余量及降額要求


一般情況下，LED驅(qū)動器的標稱功率是指額定環(huán)境、額定電壓情況下測得的數(shù)據(jù)�？紤]到不同客戶會有不同的應(yīng)用，多數(shù)LED驅(qū)動器供應(yīng)商會在自家的產(chǎn)品規(guī)格書上提供功率降額曲線（常見的有負載vs環(huán)境溫度降額曲線及負載vs輸入電壓降額曲線）。





圖1 負載vs環(huán)境溫度的功率降額曲線


如圖1所示，紅色曲線表示LED驅(qū)動器在輸 入120Vac情況下，其負載隨環(huán)境溫度變化的功率降額曲線。當環(huán)境溫度低于50℃時，驅(qū)動器允許100％滿載，當環(huán)境溫度高達70℃時，驅(qū)動器只能降額到60％的負載，當環(huán)境溫度在50－70℃之間變化時，驅(qū)動器負載隨溫度上升而線性下降。


藍色曲線則表示LED驅(qū)動器在輸入230Vac或 277Vac情況下，其負載隨環(huán)境溫度變化的功率降額曲線，其原理類同。





圖2 負載vs輸入電壓的功率降額曲線


如圖2所示，藍色曲線表示LED驅(qū)動器在環(huán)境溫度55℃時，其輸出功率隨輸入電壓變化的降額曲線。當輸入電壓為140Vac時，驅(qū)動器的負載允許100％滿載，隨著輸入電壓下調(diào)；若輸出功率不變，輸入電流將上升，導(dǎo)致輸入端損耗加大，效率降低，器件溫度上升，個別溫度點將可能超標，甚至可能導(dǎo)致器件失效。


因此，如圖2當輸入電壓小于140Vac時，要求驅(qū)動器的輸出負載隨輸入電壓減小而線性減小�？炊缟辖殿~曲線及相應(yīng)要求后，選用LED驅(qū)動器時就應(yīng)該根據(jù)實際使用時的環(huán)境溫度情況及輸入電壓情況，綜合考慮及選擇，并適當留出降額余量。


3、不了解LED的工作特性


曾有客戶要求燈具輸入功率為固定值，固定5％誤差，只能針對每盞燈去調(diào)節(jié)輸出電流達到指定功率。由于不同工作環(huán)境溫度，及點燈時間不同，每一盞燈的功率還是會有較大差異。


客戶提出這樣的要求，雖然有其市場推廣及商務(wù)因數(shù)的考慮。但是，LED的伏安特性決定LED驅(qū)動器為恒定電流源，其輸出電壓隨LED負載串聯(lián)電壓Vo變化而變化，在驅(qū)動器整機效率基本不變的情況下，其輸入功率隨Vo變化。


同時，LED驅(qū)動器在熱平衡后整體效率會有所上升，在相同輸出功率的條件下，相比于開機時刻，輸入功率會下降。


所以，LED驅(qū)動器的應(yīng)用者在擬定需求時，應(yīng)先了解LED的工作特性，避免提出一些不符合工作特性原理的指標，同時避免出現(xiàn)遠超實際需求的指標，避免質(zhì)量過剩和成本浪費。


4、測試中失敗


曾經(jīng)有客戶采購過很多品牌的LED驅(qū)動器，但是所有樣品都在測試過程中失效。后來到現(xiàn)場分析后發(fā)現(xiàn)，客戶采用自偶調(diào)壓器直接給LED驅(qū)動器供電進行測試，上電后將調(diào)壓器從0Vac逐漸上調(diào)到LED驅(qū)動器額定工作電壓。


這樣的測試操作，很容易使得LED驅(qū)動器在很小的輸入電壓時就啟動并帶載工作，而此種情況會導(dǎo)致輸入電流遠遠大于額定值，內(nèi)部輸入端相關(guān)器件，如保險絲、整流橋、熱敏電阻等因電流超標或過熱而失效，導(dǎo)致驅(qū)動器失效。


因此正確的測試方法是將調(diào)壓器調(diào)到LED驅(qū)動器額定工作電壓區(qū)間，再接上驅(qū)動器上電測試。


當然，從技術(shù)上改善設(shè)計也可以規(guī)避此種測試誤操作導(dǎo)致的失效問題：在驅(qū)動器輸入端設(shè)置啟動電壓限制電路及輸入欠壓保護電路。當輸入未達到驅(qū)動器設(shè)定的啟動電壓時，驅(qū)動器不工作；當輸入電壓降低到輸入欠壓保護點時，驅(qū)動器進入保護狀態(tài)。


因此，即使客戶測試過程中依然采用自偶調(diào)壓器的操作步驟，驅(qū)動器具備自我保護功能而不至于失效。但是客戶在測試之前一定要仔細了解所購的LED驅(qū)動器產(chǎn)品是否具備這項保護功能（考慮到LED驅(qū)動器的實際應(yīng)用環(huán)境，目前多數(shù)LED驅(qū)動器不具有此項保護功能）。


5、不同負載，測試結(jié)果不同


LED驅(qū)動器帶LED燈測試時，結(jié)果正常，帶電子負載測試時，結(jié)果就可能異常。通常這種現(xiàn)象有以下原因：


（1）驅(qū)動器的輸出瞬間電壓或功率超出電子負載儀的工作范圍。（尤其在CV模式下，最大測試功率不應(yīng)超過負載最大功率的70％，否則加載時負載可能會瞬間過功率保護，導(dǎo)致驅(qū)動器無法正常工作或加載。）


（2）所用電子負載儀的特性不適用于測恒流源，出現(xiàn)負載電壓檔位跳變，導(dǎo)致驅(qū)動器無法正常工作或加載。


（3）因為電子負載儀的輸入內(nèi)部都會有一個大的電容，測試就相當于在驅(qū)動器輸出并聯(lián)了一個大電容，可能導(dǎo)致驅(qū)動器的電流采樣工作出現(xiàn)不穩(wěn)定。


因為LED驅(qū)動器設(shè)計就是為了符合LED燈具工作特性的，最接近實際與真實應(yīng)用的測試方式應(yīng)該是用LED燈珠作為負載，串上電流表及電壓表來測試。


6、常發(fā)生的一下狀況會導(dǎo)致?lián)p壞


將AC接到了驅(qū)動器的DC輸出端，導(dǎo)致驅(qū)動器失效；


將AC接到了DC／DC驅(qū)動器的輸入或輸出，導(dǎo)致驅(qū)動器失效；


將恒流輸出端與調(diào)光線接到了一起，導(dǎo)致驅(qū) 動器失效；


將相線接到了地線上，導(dǎo)致驅(qū)動器無輸出及 外殼帶電；


7、相線接錯


通常戶外工程應(yīng)用都是3相四線制，以國標為例，每個相線與零線間的額定工作電壓是220Vac，相線與相線間的電壓是380Vac。如果施工工人將驅(qū)動器輸入端接到兩根相線上，則通電后，LED驅(qū)動器輸入電壓超標導(dǎo)致產(chǎn)品失效。





圖3 零線開路圖


如圖3所示，V1表示第一相電壓，V2表示第二相電壓，R1及R2分別表示正常安裝到線路中的LED驅(qū)動器。當線路上零線（N）如圖斷開時，兩個支路上的驅(qū)動器R1，R2相當于串聯(lián)后接到380Vac電壓上。因為輸入內(nèi)阻差異，當其中一個驅(qū)動器充電到啟動時，內(nèi)阻變小，電壓可能大部分加到另外一個驅(qū)動器上，導(dǎo)致其過壓損壞失效。因此建議同一配電支路上，開關(guān)或斷路器要一起斷，不能只斷開零線。配電保險絲不要放在零線上，線路上要避免零線接觸不良。


8、電網(wǎng)波動范圍超出合理范圍


當同一個變壓器電網(wǎng)支路配線太長，支路中有大型動力設(shè)備時，在大型設(shè)備啟停時，電網(wǎng)電壓會劇烈波動，甚至導(dǎo)致電網(wǎng)不穩(wěn)。當電網(wǎng)瞬時電壓超過310Vac時有可能損壞驅(qū)動器（即使有防雷裝置也無效，因為防雷裝置是應(yīng)對幾十uS級別的脈沖尖峰，而電網(wǎng)波動可能達到幾十mS，甚至幾百mS）。 因此，路燈照明支路電網(wǎng)上有大型電力機械時要特別注意，最好監(jiān)測下電網(wǎng)波動幅度，或單獨電網(wǎng)變壓器供電。


9、線路頻繁跳閘


同一支路上的燈接得太多，導(dǎo)致某一相電上的負載過載，及各相之間功率分布不均，從而致使線路頻繁跳閘。


10、驅(qū)動器散熱


當驅(qū)動器安裝在非通風(fēng)環(huán)境下，應(yīng)該盡量將驅(qū)動器外殼與燈具外殼接觸，條件允許的話，在外殼與燈殼的接觸面上涂導(dǎo)熱膠或貼導(dǎo)熱墊，提高驅(qū)動器的散熱性能，從而保證驅(qū)動器的壽命及可靠性。


綜上所述LED驅(qū)動器在實際應(yīng)用中有很多細節(jié)需要注意，很多問題都需要提前分析、調(diào)整，避免不必要的失效與損失！
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