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LED驅動失效的十個原因

日期:2019-07-04點擊:
基本上可以說,LED 驅動器的主要作用是將輸入的交流電壓源轉換為輸出電壓可隨 LED Vf 正向導通壓降變化的電流源。
 
  作為LED照明中的關鍵部件,LED 驅動器的品質直接影響到整體燈具的可靠性及穩定性。本文從 LED 驅動等相關技術及客戶應用經驗出發,整理分析燈具設計及應用中諸多的失效情況:

  1、未考慮LED燈珠Vf變化范圍,導致燈具效率低,甚至工作不穩定

  LED燈具負載端,一般由若干數量的LED串并 聯組成,其工作電壓 Vo=Vf*Ns,其中 Ns 表示 LED 串聯數量。LED 的 Vf 隨溫度變動而變動,一般情況下,在原因恒定電流時,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為 VoL,低溫時 LED 燈具負載工作電壓對應為 VoH。在選用 LED 驅動器時需考慮驅動器輸出電壓范圍大于 VoL~VoH。

  如果選用的LED驅動器最大輸出電壓低于 VoH,可能導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 驅動器最低電壓高于VoL,則高溫時可能驅動器輸出超出工作范圍,工作不穩定,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 驅動器超寬輸出電壓范圍:因為驅動器電壓只在某一個區間時,驅動器效率才是最高的。超過范圍后效率、功率因數(PF)都會變差,同時驅動器輸出電壓范圍設計太寬,則導致成本升高,效率無法優化。

  2、未考慮功率余量及降額要求

  一般情況下,LED 驅動器的標稱功率是指額定環境、額定電壓情況下測得的數據。考慮到不同客戶會有不同的應用,多數 LED 驅動器供應商會在自家的產品規格書上提供功率降額曲線(常見的有負載 vs 環境溫度降額曲線及負載 vs 輸入電壓降額曲線)。



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

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



  如圖 2 所示,藍色曲線表示 LED 驅動器在環境溫度 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,驅動器的負載允許 100% 滿載,隨著輸入電壓下調;若輸出功率不變,輸入電流將上升,導致輸入端損耗加大,效率降低,器件溫度上升,個別溫度點將可能超標,甚至可能導致器件失效。

  因此,如圖 2 當輸入電壓小于 140Vac 時,要求驅動器的輸出負載隨輸入電壓減小而線性減小。看懂如上降額曲線及相應要求后,選用 LED 驅動器時就應該根據實際使用時的環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節輸出電流達到指定功率。由于不同工作環境溫度,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因數的考慮。但是,LED 的伏安特性決定 LED 驅動器為恒定電流源,其輸出電壓隨 LED 負載串聯電壓 Vo 變化而變化,在驅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 驅動器的應用者在擬定需求時,應先了解 LED 的工作特性,避免提出一些不符合工作特性原理的指標,同時避免出現遠超實際需求的指標,避免質量過剩和成本浪費。

  4、測試中失效

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

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

  因此正確的測試方法是將調壓器調到 LED 驅動器額定工作電壓區間,再接上驅動器上電測試。

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

  因此,即使客戶測試過程中依然采用自偶調壓器的操作步驟,驅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 驅動器產品是否具備這項保護功能(考慮到 LED 驅動器的實際應用環境,目前多數 LED 驅動器不具有此項保護功能)。
 

 
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