10个可能导致LED驱动失效的原因

2015-03-28 11:09:54来源: 互联网 关键字:LED  驱动失效
 基本上可以说LED驱动器的主要作用是将输入的交流电压源转换为输出电压可随LED

  Vf(正向导通压降变化的电流源。做为LED照明中的关键部件,LED驱动器的品质直接影响到整体灯具的可靠性及稳定性。本文从LED驱动等相关技术及客户应用经验出发,整理分析灯具设计及应用中诸多的失效情况:

  1、未考虑LED灯珠Vf变化范围,导致灯具效率低,甚至工作不稳定

  LED灯具负载端,一般由若干数量的LED串并 联组成,其工作电压Vo=Vf*Ns,其中Ns表示LED串联数量。LED的Vf随温度变动而变动,一般情况下,在恒定电流时,高温时Vf变低,低温时Vf变高。因此,高温时LED灯具负载工作电压对应为VoL,低温时LED灯具负载工作电压对应为VoH。在选用LED驱动器时需考虑驱动器输出电压范围大于VoL~VoH。

  如果选用的LED驱动器最大输出电压低于VoH,可能导致低温时灯具的最大功率达不到实际所需功率,如果选用的LED驱动器最低电压高于VoL,则高温时可能驱动器输出超出工作范围,工作不稳定,灯具会有闪烁等情况。

  但综合成本及效率考虑,不能一味追求LED驱动器超宽输出电压范围:因为驱动器电压只在某一个区间时,驱动器效率才是最高的。超过范围后效率、功率因数(PF)都会变差,同时驱动器输出电压范围设计太宽,则导致成本升高,效率无法优化。

  2、未考虑功率余量及降额要求

  一般情况下,LED驱动器的标称功率是指额定环境、额定电压情况下测得的数据。考虑到不同客户会有不同的应用,多数LED驱动器供应商会在自家的产品规格书上提供功率降额曲线(常见的有负载vs环境温度降额曲线及负载vs输入电压降额曲线)。

图1 负载vs环境温度的功率降额曲线

  如图1所示,红色曲线表示LED驱动器在输 入120Vac情况下,其负载随环境温度变化的功率降额曲线。当环境温度低于50℃时,驱动器允许100%满载,当环境温度高达70℃时,驱动器只能降额到60%的负载,当环境温度在50-70℃之间变化时,驱动器负载随温度上升而线性下降。

  蓝色曲线则表示LED驱动器在输入230Vac或 277Vac情况下,其负载随环境温度变化的功率降额曲线,其原理类同。

图2 负载vs输入电压的功率降额曲线

  如图2所示,蓝色曲线表示LED驱动器在环境温度55℃时,其输出功率随输入电压变化的降额曲线。当输入电压为140Vac时,驱动器的负载允许100%满载,随着输入电压下调;若输出功率不变,输入电流将上升,导致输入端损耗加大,效率降低,器件温度上升,个别温度点将可能超标,甚至可能导致器件失效。

  因此,如图2当输入电压小于140Vac时,要求驱动器的输出负载随输入电压减小而线性减小。看懂如上降额曲线及相应要求后,选用LED驱动器时就应该根据实际使用时的环境温度情况及输入电压情况,综合考虑及选择,并适当留出降额余量。

  3、不了解LED的工作特性

  曾有客户要求灯具输入功率为固定值,固定5%误差,只能针对每盏灯去调节输出电流达到指定功率。由于不同工作环境温度,及点灯时间不同,每一盏灯的功率还是会有较大差异。

  客户提出这样的要求,虽然有其市场推广及商务因数的考虑。但是,LED的伏安特性决定LED驱动器为恒定电流源,其输出电压随LED负载串联电压Vo变化而变化,在驱动器整机效率基本不变的情况下,其输入功率随Vo变化。

  同时,LED驱动器在热平衡后整体效率会有所上升,在相同输出功率的条件下,相比于开机时刻,输入功率会下降。

  所以,LED驱动器的应用者在拟定需求时,应先了解LED的工作特性,避免提出一些不符合工作特性原理的指标,同时避免出现远超实际需求的指标,避免质量过剩和成本浪费。

  4、测试中失效

  曾经有客户采购过很多品牌的LED驱动器,但是所有样品都在测试过程中失效。后来到现场分析后发现,客户采用自偶调压器直接给LED驱动器供电进行测试,上电后将调压器从0Vac逐渐上调到LED驱动器额定工作电压。

  这样的测试操作,很容易使得LED驱动器在很小的输入电压时就启动并带载工作,而此种情况会导致输入电流远远大于额定值,内部输入端相关器件,如保险丝、整流桥、热敏电阻等因电流超标或过热而失效,导致驱动器失效。

  因此正确的测试方法是将调压器调到LED驱动器额定工作电压区间,再接上驱动器上电测试。

  当然,从技术上改善设计也可以规避此种测试误操作导致的失效问题:在驱动器输入端设置启动电压限制电路及输入欠压保护电路。当输入未达到驱动器设定的启动电压时,驱动器不工作;当输入电压降低到输入欠压保护点时,驱动器进入保护状态。

  因此,即使客户测试过程中依然采用自偶调压器的操作步骤,驱动器具备自我保护功能而不至于失效。但是客户在测试之前一定要仔细了解所购的LED驱动器产品是否具备这项保护功能

  (考虑到LED驱动器的实际应用环境,目前多数LED驱动器不具有此项保护功能)。

  5、不同负载,测试结果不同

  LED驱动器带LED灯测试时,结果正常,带电子负载测试时,结果就可能异常。通常这种现象有以下原因:

  (1)驱动器的输出瞬间电压或功率超出电子负载仪的工作范围。(尤其在CV模式下,最大测试功率不应超过负载最大功率的70%,否则加载时负载可能会瞬间过功率保护,导致驱动器无法正常工作或加载。)

  (2)所用电子负载仪的特性不适用于测恒流源,出现负载电压档位跳变,导致驱动器无法正常工作或加载。

  (3)因为电子负载仪的输入内部都会有一个大的电容,测试就相当于在驱动器输出并联了一个大电容,可能导致驱动器的电流采样工作出现不稳定。

  因为LED驱动器设计就是为了符合LED灯具工作特性的,最接近实际与真实应用的测试方式应该是用LED灯珠作为负载,串上电流表及电压表来测试。

  6、常发生的以下状况会导致LED驱动器损坏:

  ·将AC接到了驱动器的DC输出端,导致驱动器失效;

  ·将AC接到了DC/DC驱动器的输入或输出,导致驱动器失效;

  ·将恒流输出端与调光线接到了一起,导致驱 动器失效;

  ·将相线接到了地线上,导致驱动器无输出及 外壳带电;

  7、相线接错

  通常户外工程应用都是3相四线制,以国标为例,每个相线与零线间的额定工作电压是220Vac,相线与相线间的电压是380Vac。如果施工工人将驱动器输入端接到两根相线上,则通电后,LED驱动器输入电压超标导致产品失效。

图3 零线开路图

  如图3所示,V1表示第一相电压,V2表示第二相电压,R1及R2分别表示正常安装到线路中的LED驱动器。当线路上零线(N)如图断开时,两个支路上的驱动器R1,R2相当于串联后接到380Vac电压上。因为输入内阻差异,当其中一个驱动器充电到启动时,内阻变小,电压可能大部分加到另外一个驱动器上,导致其过压损坏失效。因此建议同一配电支路上,开关或断路器要一起断,不能只断开零线。配电保险丝不要放在零线上,线路上要避免零线接触不良。

  8、电网波动范围超出合理范围

  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时有可能损坏驱动器(即使有防雷装置也无效,因为防雷装置是应对几十uS级别的脉冲尖峰,而电网波动可能达到几十mS,甚至几百mS)。 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,或单独电网变压器供电。

  9、线路频繁跳闸

  同一支路上的灯接得太多,导致某一相电上的负载过载,及各相之间功率分布不均,从而致使线路频繁跳闸。

  10、驱动器散热

  当驱动器安装在非通风环境下,应该尽量将驱动器外壳与灯具外壳接触,条件允许的话,在外壳与灯壳的接触面上涂导热胶或贴导热垫,提高驱动器的散热性能,从而保证驱动器的寿命及可靠性。

  综上所述LED驱动器在实际应用中有很多细节需要注意,很多问题都需要提前分析、调整,避免不必要的失效与损失!

关键字:LED  驱动失效

编辑:探路者 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/LED/2015/0328/article_11852.html
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现任华润矽威科技(上海)有限公司市场部经理/高工,上海市传感技术学会理事、副秘书长。

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