LED驅(qū)動(dòng)失效因素

現(xiàn)在大街上隨處可見(jiàn)的LED顯示屏，還有裝飾用的LED彩燈以及LED車燈，處處可見(jiàn)LED燈的身影，LED已經(jīng)融入到生活中的每一個(gè)角落?；旧峡梢哉f(shuō)LED驅(qū)動(dòng)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?。做為L(zhǎng)ED照明中的關(guān)鍵部件，LED驅(qū)動(dòng)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(dòng)等相關(guān)技術(shù)及客戶應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，整理分析燈具設(shè)計(jì)及應(yīng)用中諸多的失效情況：

1、未考慮LED燈珠Vf變化范圍，導(dǎo)致燈具效率低，甚至工作不穩(wěn)定

LED燈具負(fù)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(dòng)而變動(dòng)，一般情況下，在恒定電流時(shí)，高溫時(shí)Vf變低，低溫時(shí)Vf變高。因此，高溫時(shí)LED燈具負(fù)載工作電壓對(duì)應(yīng)為VoL，低溫時(shí)LED燈具負(fù)載工作電壓對(duì)應(yīng)為VoH。在選用LED驅(qū)動(dòng)器時(shí)需考慮驅(qū)動(dòng)器輸出電壓范圍大于VoL~VoH。

如果選用的LED驅(qū)動(dòng)器最大輸出電壓低于VoH，可能導(dǎo)致低溫時(shí)燈具的最大功率達(dá)不到實(shí)際所需功率，如果選用的LED驅(qū)動(dòng)器最低電壓高于VoL，則高溫時(shí)可能驅(qū)動(dòng)器輸出超出工作范圍，工作不穩(wěn)定，燈具會(huì)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(dòng)器超寬輸出電壓范圍：因?yàn)轵?qū)動(dòng)器電壓只在某一個(gè)區(qū)間時(shí)，驅(qū)動(dòng)器效率才是最高的。超過(guò)范圍后效率、功率因數(shù)(PF)都會(huì)變差，同時(shí)驅(qū)動(dòng)器輸出電壓范圍設(shè)計(jì)太寬，則導(dǎo)致成本升高，效率無(wú)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(dòng)器的標(biāo)稱功率是指額定環(huán)境、額定電壓情況下測(cè)得的數(shù)據(jù)?？紤]到不同客戶會(huì)有不同的應(yīng)用，多數(shù)LED驅(qū)動(dòng)器供應(yīng)商會(huì)在自家的產(chǎn)品規(guī)格書(shū)上提供功率降額曲線(常見(jiàn)的有負(fù)載vs環(huán)境溫度降額曲線及負(fù)載vs輸入電壓降額曲線)。

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

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

如圖2所示，藍(lán)色曲線表示LED驅(qū)動(dòng)器在環(huán)境溫度55℃時(shí)，其輸出功率隨輸入電壓變化的降額曲線。當(dāng)輸入電壓為140Vac時(shí)，驅(qū)動(dòng)器的負(fù)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(gè)別溫度點(diǎn)將可能超標(biāo)，甚至可能導(dǎo)致器件失效。

因此，如圖2當(dāng)輸入電壓小于140Vac時(shí)，要求驅(qū)動(dòng)器的輸出負(fù)載隨輸入電壓減小而線性減小。看懂如上降額曲線及相應(yīng)要求后，選用LED驅(qū)動(dòng)器時(shí)就應(yīng)該根據(jù)實(shí)際使用時(shí)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(dāng)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(duì)每盞燈去調(diào)節(jié)輸出電流達(dá)到指定功率。由于不同工作環(huán)境溫度，及點(diǎn)燈時(shí)間不同，每一盞燈的功率還是會(huì)有較大差異。

客戶提出這樣的要求，雖然有其市場(chǎng)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(dòng)器為恒定電流源，其輸出電壓隨LED負(fù)載串聯(lián)電壓Vo變化而變化，在驅(qū)動(dòng)器整機(jī)效率基本不變的情況下，其輸入功率隨Vo變化。

同時(shí)，LED驅(qū)動(dòng)器在熱平衡后整體效率會(huì)有所上升，在相同輸出功率的條件下，相比于開(kāi)機(jī)時(shí)刻，輸入功率會(huì)下降。

所以，LED驅(qū)動(dòng)器的應(yīng)用者在擬定需求時(shí)，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(biāo)，同時(shí)避免出現(xiàn)遠(yuǎn)超實(shí)際需求的指標(biāo)，避免質(zhì)量過(guò)剩和成本浪費(fèi)。

4、測(cè)試中失效

曾經(jīng)有客戶采購(gòu)過(guò)很多品牌的LED驅(qū)動(dòng)器，但是所有樣品都在測(cè)試過(guò)程中失效。后來(lái)到現(xiàn)場(chǎng)分析后發(fā)現(xiàn)，客戶采用自偶調(diào)壓器直接給LED驅(qū)動(dòng)器供電進(jìn)行測(cè)試，上電后將調(diào)壓器從0Vac逐漸上調(diào)到LED驅(qū)動(dòng)器額定工作電壓。

這樣的測(cè)試操作，很容易使得LED驅(qū)動(dòng)器在很小的輸入電壓時(shí)就啟動(dòng)并帶載工作，而此種情況會(huì)導(dǎo)致輸入電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于額定值，內(nèi)部輸入端相關(guān)器件，如保險(xiǎn)絲、整流橋、熱敏電阻等因電流超標(biāo)或過(guò)熱而失效，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)器失效。

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

當(dāng)然，從技術(shù)上改善設(shè)計(jì)也可以規(guī)避此種測(cè)試誤操作導(dǎo)致的失效問(wèn)題：在驅(qū)動(dòng)器輸入端設(shè)置啟動(dòng)電壓限制電路及輸入欠壓保護(hù)電路。當(dāng)輸入未達(dá)到驅(qū)動(dòng)器設(shè)定的啟動(dòng)電壓時(shí)，驅(qū)動(dòng)器不工作;當(dāng)輸入電壓降低到輸入欠壓保護(hù)點(diǎn)時(shí)，驅(qū)動(dòng)器進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)。

因此，即使客戶測(cè)試過(guò)程中依然采用自偶調(diào)壓器的操作步驟，驅(qū)動(dòng)器具備自我保護(hù)功能而不至于失效。但是客戶在測(cè)試之前一定要仔細(xì)了解所購(gòu)的LED驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品是否具備這項(xiàng)保護(hù)功能

(考慮到LED驅(qū)動(dòng)器的實(shí)際應(yīng)用環(huán)境，目前多數(shù)LED驅(qū)動(dòng)器不具有此項(xiàng)保護(hù)功能)。

5、不同負(fù)載，測(cè)試結(jié)果不同

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

(1)驅(qū)動(dòng)器的輸出瞬間電壓或功率超出電子負(fù)載儀的工作范圍。(尤其在CV模式下，最大測(cè)試功率不應(yīng)超過(guò)負(fù)載最大功率的70%，否則加載時(shí)負(fù)載可能會(huì)瞬間過(guò)功率保護(hù)，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)器無(wú)法正常工作或加載。)

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

(3)因?yàn)殡娮迂?fù)載儀的輸入內(nèi)部都會(huì)有一個(gè)大的電容，測(cè)試就相當(dāng)于在驅(qū)動(dòng)器輸出并聯(lián)了一個(gè)大電容，可能導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)器的電流采樣工作出現(xiàn)不穩(wěn)定。

因?yàn)長(zhǎng)ED驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)就是為了符合LED燈具工作特性的，最接近實(shí)際與真實(shí)應(yīng)用的測(cè)試方式應(yīng)該是用LED燈珠作為負(fù)載，串上電流表及電壓表來(lái)測(cè)試。

6、常發(fā)生的以下?tīng)顩r會(huì)導(dǎo)致LED驅(qū)動(dòng)器損壞：

·將AC接到了驅(qū)動(dòng)器的DC輸出端，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)器失效;

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

·將相線接到了地線上，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)器無(wú)輸出及 外殼帶電;

7、相線接錯(cuò)

通常戶外工程應(yīng)用都是3相四線制，以國(guó)標(biāo)為例，每個(gè)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(dòng)器輸入端接到兩根相線上，則通電后，LED驅(qū)動(dòng)器輸入電壓超標(biāo)導(dǎo)致產(chǎn)品失效。

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(dòng)器。當(dāng)線路上零線(N)如圖斷開(kāi)時(shí)，兩個(gè)支路上的驅(qū)動(dòng)器R1，R2相當(dāng)于串聯(lián)后接到380Vac電壓上。因?yàn)檩斎雰?nèi)阻差異，當(dāng)其中一個(gè)驅(qū)動(dòng)器充電到啟動(dòng)時(shí)，內(nèi)阻變小，電壓可能大部分加到另外一個(gè)驅(qū)動(dòng)器上，導(dǎo)致其過(guò)壓損壞失效。因此建議同一配電支路上，開(kāi)關(guān)或斷路器要一起斷，不能只斷開(kāi)零線。配電保險(xiǎn)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(dòng)范圍超出合理范圍

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)有可能損壞驅(qū)動(dòng)器(即使有防雷裝置也無(wú)效，因?yàn)榉览籽b置是應(yīng)對(duì)幾十uS級(jí)別的脈沖尖峰，而電網(wǎng)波動(dòng)可能達(dá)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(jī)械時(shí)要特別注意，最好監(jiān)測(cè)下電網(wǎng)波動(dòng)幅度，或單獨(dú)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(fù)載過(guò)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(dòng)器散熱

當(dāng)驅(qū)動(dòng)器安裝在非通風(fēng)環(huán)境下，應(yīng)該盡量將驅(qū)動(dòng)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(dòng)器的散熱性能，從而保證驅(qū)動(dòng)器的壽命及可靠性。綜上所述LED驅(qū)動(dòng)器在實(shí)際應(yīng)用中有很多細(xì)節(jié)需要注意，很多問(wèn)題都需要提前分析、調(diào)整，避免不必要的失效與損失!現(xiàn)在的LED燈或許會(huì)有一些問(wèn)題，但是我們相信隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，在我們科研人員的努力下，這些問(wèn)題終將唄解決，未來(lái)的LED一定是高效率，高質(zhì)量的。