開(kāi)關(guān)電源廠(chǎng)對LED驅動(dòng)電源失效分析
相對于LED光源來(lái)說(shuō)，LED驅動(dòng)電源的結構更復雜，需要權衡的地方會(huì )更多，使得LED驅動(dòng)電源往往比LED光源先失效。據統計，整燈失效中超過(guò)80%的原因是電源出現了故障。導致LED驅動(dòng)電源失效的原因很多，可歸納為以下幾大類(lèi)。
1、電子元器件老化
包括電阻、電容、二極管、三極管、LED、連接器、IC等器件開(kāi)路、短路、燒毀、漏電、功能失效、電參數不合格、非穩定失效等各種失效問(wèn)題。
2、PCB質(zhì)量問(wèn)題
包括PCB、PCBA潤濕不良、爆板、分層、CAF、開(kāi)路、短路等等各種失效問(wèn)題。
3、LED電源散熱不良
驅動(dòng)電路由電子元件組成，少數元件對溫度非常敏感。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”，散熱不良很可能導致其壽命大大縮短，提前失效，致使LED電壓出現故障，燈具失效。尤其是對于內置式電源(放在整燈內的電源)，發(fā)熱量大的電源會(huì )增加整燈的導熱、散熱壓力，LED的溫度將升高，其光效和壽命將大大降低。所以在設計LED電源時(shí)，就應該重視其自身的散熱問(wèn)題。因此在開(kāi)始設計燈具初期進(jìn)行評估，電源的設計同步進(jìn)行，就能解決以上問(wèn)題。在設計中要綜合考慮LED的散熱和電源的散熱，整體控制燈具的升溫，這樣才能設計出較好的燈具。
4、電源設計中的問(wèn)題
(1)功率設計。雖然LED光效高，但是還有80%～85%的熱能損耗，致使燈具內部有20～30K的溫升，如果室溫在25℃，燈具內部則有45～55℃，電源長(cháng)時(shí)間在高溫環(huán)境下工作，要保證壽命就必須加大功率裕量，一般留存1.5～2倍的裕量。
(2)元件選型。燈具內部溫度在45～55℃時(shí)，電源內部溫升還有20℃左右，則元件附件的溫度要達到65～75℃。有些元件在高溫時(shí)參數會(huì )漂移，甚至壽命會(huì )縮短，所以器件要選擇能在較高溫度下長(cháng)時(shí)間使用的，還要特別注意電解電容和導線(xiàn)。
(3)電性能設計。開(kāi)關(guān)電源針對LED的參數設計，主要是恒流參數，電流的大小決定LED的亮度，如果批量電流誤差較大，則整批燈的亮度不均勻。而且溫度的變化也能致使電源輸出電流偏移。一般批量誤差控制在±5%以?xún)�，才能保證燈的亮度一致，LED的正向壓降有偏差，電源設計的恒流電壓范圍要包含LED的電壓范圍。多個(gè)LED串聯(lián)使用時(shí)，最小壓降乘以串聯(lián)數量為下限電壓，最大壓降乘以串聯(lián)數量為上限電壓，電源的恒流電壓范圍要比這個(gè)范圍稍寬些，一般上下限各留1～2V裕量。
(4)PCB布板設計。LED燈具留給電源的尺寸較小(除非電源是外置的)，所以在PCB設計上要求較高，要考慮的因素也較多。安全距離要留夠，要求輸入和輸出隔離的電源，一次側電路和二次側電路要求耐壓1500～2500VAC，在PCB上至少要留夠3mm的距離。如果是金屬外殼的燈具，則整個(gè)電源的布板還要考慮高壓部分和外殼的安全距離。如果沒(méi)有空間保證安全距離就要利用其他措施保證絕緣，比如在PCB上打孔、加絕緣紙、灌封絕緣膠等。另外布板還要考慮熱量均衡，發(fā)熱元件要均勻分布，不能集中放置，避免局部溫度升高。電解電容遠離熱源，減緩老化，延長(cháng)使用壽命。
5、雷擊損壞
雷擊是一種常見(jiàn)的自然現象，特別是在雨季尤為常見(jiàn)。其所帶來(lái)的危害和損失全球每年以千億美元來(lái)計。雷擊分為直接雷擊和間接雷擊，間接雷主要包括傳導雷和感應雷。由于直接雷所帶來(lái)的能量沖擊非常大，破壞力極強，一般電源是無(wú)法承受的，故這里主要討論的是間接雷型。
雷擊所形成的浪涌沖擊是一種瞬態(tài)波，屬于瞬變干擾，可以是浪涌電壓，也可以是浪涌電流。沿著(zhù)電源線(xiàn)或其他路徑(傳導雷)或通過(guò)電磁場(chǎng)(感應雷)而傳送至電源線(xiàn)路。其波形特征是先快速上升然后慢慢下降。這種現象會(huì )對電源產(chǎn)生致命的影響，其產(chǎn)生的瞬間的浪涌沖擊遠遠超出一般電子器件的電性應力，導致的直接結果是電子元件損壞。
6、電網(wǎng)電壓超出電源負荷
當同一個(gè)變壓器電網(wǎng)支路配線(xiàn)太長(cháng)，支路中有大型動(dòng)力設備時(shí)，在大型設備啟停時(shí)，電網(wǎng)電壓會(huì )劇烈波動(dòng)，甚至導致電網(wǎng)不穩。當電網(wǎng)瞬時(shí)電壓超過(guò)310 VAC時(shí)有可能損壞驅動(dòng)器(即使有防雷裝置也無(wú)效，因為防雷裝置是應對幾十微秒級別的脈沖尖峰，而電網(wǎng)波動(dòng)可能達到幾十毫秒，甚至幾百毫秒)。因此，路燈照明支路電網(wǎng)上有大型電力機械時(shí)要特別注意，最好監測下電網(wǎng)波動(dòng)幅度，或者由單獨電網(wǎng)變壓器供電。
7、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序，其中焊點(diǎn)扮演者重要的角色。焊點(diǎn)的主要作用是實(shí)現電子元器件與基板(LED電源中針對的是PCB板)的機械連接和電氣連接，焊點(diǎn)質(zhì)量嚴重影響著(zhù)器件的可靠性。焊點(diǎn)失效一方面來(lái)自于生產(chǎn)裝配中的焊接故障，如焊料橋連、虛焊、空洞、曼哈頓現象。另一方面是在服役過(guò)程中，當環(huán)境溫度變化時(shí)，由于元器件與PCB板存在熱膨脹系數差，在焊點(diǎn)內產(chǎn)生熱應力，應力的周期性變化會(huì )造成焊點(diǎn)的疲勞損傷，最終導致疲勞失效。
1、電子元器件老化
包括電阻、電容、二極管、三極管、LED、連接器、IC等器件開(kāi)路、短路、燒毀、漏電、功能失效、電參數不合格、非穩定失效等各種失效問(wèn)題。
2、PCB質(zhì)量問(wèn)題
包括PCB、PCBA潤濕不良、爆板、分層、CAF、開(kāi)路、短路等等各種失效問(wèn)題。
3、LED電源散熱不良
驅動(dòng)電路由電子元件組成，少數元件對溫度非常敏感。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”，散熱不良很可能導致其壽命大大縮短，提前失效，致使LED電壓出現故障，燈具失效。尤其是對于內置式電源(放在整燈內的電源)，發(fā)熱量大的電源會(huì )增加整燈的導熱、散熱壓力，LED的溫度將升高，其光效和壽命將大大降低。所以在設計LED電源時(shí)，就應該重視其自身的散熱問(wèn)題。因此在開(kāi)始設計燈具初期進(jìn)行評估，電源的設計同步進(jìn)行，就能解決以上問(wèn)題。在設計中要綜合考慮LED的散熱和電源的散熱，整體控制燈具的升溫，這樣才能設計出較好的燈具。
4、電源設計中的問(wèn)題
(1)功率設計。雖然LED光效高，但是還有80%～85%的熱能損耗，致使燈具內部有20～30K的溫升，如果室溫在25℃，燈具內部則有45～55℃，電源長(cháng)時(shí)間在高溫環(huán)境下工作，要保證壽命就必須加大功率裕量，一般留存1.5～2倍的裕量。
(2)元件選型。燈具內部溫度在45～55℃時(shí)，電源內部溫升還有20℃左右，則元件附件的溫度要達到65～75℃。有些元件在高溫時(shí)參數會(huì )漂移，甚至壽命會(huì )縮短，所以器件要選擇能在較高溫度下長(cháng)時(shí)間使用的，還要特別注意電解電容和導線(xiàn)。
(3)電性能設計。開(kāi)關(guān)電源針對LED的參數設計，主要是恒流參數，電流的大小決定LED的亮度，如果批量電流誤差較大，則整批燈的亮度不均勻。而且溫度的變化也能致使電源輸出電流偏移。一般批量誤差控制在±5%以?xún)�，才能保證燈的亮度一致，LED的正向壓降有偏差，電源設計的恒流電壓范圍要包含LED的電壓范圍。多個(gè)LED串聯(lián)使用時(shí)，最小壓降乘以串聯(lián)數量為下限電壓，最大壓降乘以串聯(lián)數量為上限電壓，電源的恒流電壓范圍要比這個(gè)范圍稍寬些，一般上下限各留1～2V裕量。
(4)PCB布板設計。LED燈具留給電源的尺寸較小(除非電源是外置的)，所以在PCB設計上要求較高，要考慮的因素也較多。安全距離要留夠，要求輸入和輸出隔離的電源，一次側電路和二次側電路要求耐壓1500～2500VAC，在PCB上至少要留夠3mm的距離。如果是金屬外殼的燈具，則整個(gè)電源的布板還要考慮高壓部分和外殼的安全距離。如果沒(méi)有空間保證安全距離就要利用其他措施保證絕緣，比如在PCB上打孔、加絕緣紙、灌封絕緣膠等。另外布板還要考慮熱量均衡，發(fā)熱元件要均勻分布，不能集中放置，避免局部溫度升高。電解電容遠離熱源，減緩老化，延長(cháng)使用壽命。
5、雷擊損壞
雷擊是一種常見(jiàn)的自然現象，特別是在雨季尤為常見(jiàn)。其所帶來(lái)的危害和損失全球每年以千億美元來(lái)計。雷擊分為直接雷擊和間接雷擊，間接雷主要包括傳導雷和感應雷。由于直接雷所帶來(lái)的能量沖擊非常大，破壞力極強，一般電源是無(wú)法承受的，故這里主要討論的是間接雷型。
雷擊所形成的浪涌沖擊是一種瞬態(tài)波，屬于瞬變干擾，可以是浪涌電壓，也可以是浪涌電流。沿著(zhù)電源線(xiàn)或其他路徑(傳導雷)或通過(guò)電磁場(chǎng)(感應雷)而傳送至電源線(xiàn)路。其波形特征是先快速上升然后慢慢下降。這種現象會(huì )對電源產(chǎn)生致命的影響，其產(chǎn)生的瞬間的浪涌沖擊遠遠超出一般電子器件的電性應力，導致的直接結果是電子元件損壞。
6、電網(wǎng)電壓超出電源負荷
當同一個(gè)變壓器電網(wǎng)支路配線(xiàn)太長(cháng)，支路中有大型動(dòng)力設備時(shí)，在大型設備啟停時(shí)，電網(wǎng)電壓會(huì )劇烈波動(dòng)，甚至導致電網(wǎng)不穩。當電網(wǎng)瞬時(shí)電壓超過(guò)310 VAC時(shí)有可能損壞驅動(dòng)器(即使有防雷裝置也無(wú)效，因為防雷裝置是應對幾十微秒級別的脈沖尖峰，而電網(wǎng)波動(dòng)可能達到幾十毫秒，甚至幾百毫秒)。因此，路燈照明支路電網(wǎng)上有大型電力機械時(shí)要特別注意，最好監測下電網(wǎng)波動(dòng)幅度，或者由單獨電網(wǎng)變壓器供電。
7、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序，其中焊點(diǎn)扮演者重要的角色。焊點(diǎn)的主要作用是實(shí)現電子元器件與基板(LED電源中針對的是PCB板)的機械連接和電氣連接，焊點(diǎn)質(zhì)量嚴重影響著(zhù)器件的可靠性。焊點(diǎn)失效一方面來(lái)自于生產(chǎn)裝配中的焊接故障，如焊料橋連、虛焊、空洞、曼哈頓現象。另一方面是在服役過(guò)程中，當環(huán)境溫度變化時(shí)，由于元器件與PCB板存在熱膨脹系數差，在焊點(diǎn)內產(chǎn)生熱應力，應力的周期性變化會(huì )造成焊點(diǎn)的疲勞損傷，最終導致疲勞失效。
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