基于LED照明驅(qū)動(dòng)電路失效機(jī)理的原理和方法

(3)元器件使用失效

由于開(kāi)關(guān)型驅(qū)動(dòng)電路需要大電容來(lái)進(jìn)行存儲(chǔ)電能，穩(wěn)壓，而大電容一般使用鋁電解電容。鋁電解電容的失效率較其它元件高，而且由于變壓器和LED在使用時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱量，這些熱量加劇電解電容的電解液的運(yùn)動(dòng)，縮短了鋁電解電容的正常使用年限。

(4)工作環(huán)境導(dǎo)致

目前，主流的LED驅(qū)動(dòng)是使用交變電源作為電源輸入的，對(duì)于一些大功率的LED驅(qū)動(dòng)電路，其變壓線(xiàn)圈會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，由熱量而產(chǎn)生了LED失效的溫度應(yīng)力。溫度應(yīng)力的時(shí)間模型見(jiàn)下公式：

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其中M為溫度應(yīng)力，T為溫度，t為時(shí)間。

可見(jiàn)，溫度應(yīng)力隨時(shí)間和溫度呈指數(shù)式上升，電器使用時(shí)間越長(zhǎng)，溫度應(yīng)力就越大，由熱導(dǎo)致的失效率則越高。

3.2 線(xiàn)性調(diào)整型LED驅(qū)動(dòng)電路失效分析

以圖1線(xiàn)性調(diào)整行LED驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行失效分析，線(xiàn)性L(fǎng)ED驅(qū)動(dòng)一上電瞬間，AC電源需要對(duì)驅(qū)動(dòng)電路內(nèi)部的電容電感進(jìn)行充電，所以，上電瞬間會(huì)有一個(gè)比較大的電流通過(guò)熔絲和整流橋。由于Multisim仿真軟件只能仿真模擬量，對(duì)于環(huán)境熱量和濕度等均無(wú)法模擬。所以這次仿真只能從電參數(shù)這方面進(jìn)行模擬。這里加入兩個(gè)失效因素，浪涌電壓和浪涌電流，對(duì)上文所述的線(xiàn)性L(fǎng)ED驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行失效仿真，加入浪涌電壓之后電路運(yùn)行情況的各個(gè)儀表參數(shù)。

由圖1所示內(nèi)容，可以讀出各個(gè)儀表的值。

Vi=250V;Vo=29.934V;Vled=8.415V;

Iled=34.606mA.

經(jīng)過(guò)多次仿真測(cè)試得出與正常情況下的LED驅(qū)動(dòng)電路電參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表1所示。

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從表1數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)電網(wǎng)上電壓波動(dòng)10%幅值，線(xiàn)性L(fǎng)ED驅(qū)動(dòng)電路的工作狀態(tài)就發(fā)生比較大的改變。從上圖，可以發(fā)現(xiàn)，由于采用了合適的穩(wěn)壓電路，電網(wǎng)上的電壓波幅幾乎沒(méi)有影響到線(xiàn)性L(fǎng)ED驅(qū)動(dòng)電路的工作電壓。但是，其驅(qū)動(dòng)電流卻發(fā)生了巨大變化，驅(qū)動(dòng)電流較之正常輸入電壓增幅達(dá)4 0 %.這將導(dǎo)致LED超負(fù)荷工作，會(huì)減少LED燈珠的壽命，甚至可能會(huì)直接損毀燈珠。

3.3 開(kāi)關(guān)型LED驅(qū)動(dòng)電路失效分析

以圖2線(xiàn)性調(diào)整行LED驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行失效分析，在圖2仿真圖中，XSC2代表輸入的AC電源和整流之后的電壓比較。其中正弦波型為AC220V，通過(guò)全波整流之后，其電壓值Vimax≈311V，比較平穩(wěn)的為整流之后的電壓。整流之后的電壓，從圖中的mark點(diǎn)讀出來(lái)的電壓為11.368V.低頻整流之后，電壓經(jīng)過(guò)自激振蕩電路和高頻整流電路以及穩(wěn)壓電路之后，輸出來(lái)的就是LED的驅(qū)動(dòng)電壓了。

由于采用了穩(wěn)壓管1 N 4 7 3 5 A，穩(wěn)壓值為6.6V，所以L(fǎng)ED驅(qū)動(dòng)電壓理論值為6.6V.

從圖2讀出實(shí)際仿真的LED驅(qū)動(dòng)電壓為一個(gè)6.64V的直流電壓。與理論相符。

經(jīng)過(guò)多次仿真測(cè)試，可以讀出幾個(gè)儀表的參數(shù)分別為：

Vi=250V;Vo=12.3V;Vled=6.64V;

Iled=47.416mA;

與正常情況下的LED驅(qū)動(dòng)電路電參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表2所示。

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從表2可以看出，當(dāng)電網(wǎng)上有浪涌電壓輸入時(shí)，開(kāi)關(guān)型LED驅(qū)動(dòng)電路，由于采用了良好的穩(wěn)壓措施，驅(qū)動(dòng)電路的電壓參量并未發(fā)生很大的變化，但是，LED的驅(qū)動(dòng)電路變化交大，增幅達(dá)到100%.這將導(dǎo)致LED功率上升，使LED失效。

3.4 失效解決方案

經(jīng)過(guò)前面幾個(gè)小節(jié)對(duì)LED驅(qū)動(dòng)電路的仿真分析可以總結(jié)出以下幾個(gè)有效的LED失效解決方案：

(1)對(duì)于浪涌電流和電壓，可以在電源輸入給加上一個(gè)熔絲和一個(gè)PTC電阻。PTC電阻就是正溫度系數(shù)電阻。當(dāng)電源輸入的初級(jí)電流有一個(gè)浪涌電流或者浪涌電壓輸入時(shí)，根據(jù)電阻的發(fā)熱公式Q=R*I^2*T，流經(jīng)PTC電流或者電壓的增加勢(shì)必會(huì)增加PTC電阻的發(fā)熱量，從而是PTC電阻的阻值上升，使到電源輸入的初級(jí)功率有一部分消減在PTC電阻處，以保證電源的副邊輸出功率不變，保持電壓和電流的穩(wěn)定。對(duì)于室外使用的LED驅(qū)動(dòng)，還應(yīng)該加入防雷保護(hù)措施。

(2)對(duì)于驅(qū)動(dòng)器件的選擇，在成本范圍內(nèi)，應(yīng)該選用比較好的器件，尤其是電容。

而且，器件的最大電流電壓參數(shù)要保證是電路正常工作的額定值的2~3倍以上，具體參數(shù)具體選擇。以保證電路元器件有足夠的冗余來(lái)應(yīng)付突變的電參量。

(3)同時(shí)，應(yīng)該注意線(xiàn)路板的的布局，發(fā)熱量大的應(yīng)該隔開(kāi)布局，以減少熱量隊(duì)板子的影響。線(xiàn)路板應(yīng)該注意要防潮、防濕。

在一些特定的環(huán)境下，還應(yīng)做一些絕緣防潮的措施。

(4)對(duì)于開(kāi)關(guān)型LED驅(qū)動(dòng)電路，還應(yīng)該防止EMI帶來(lái)的失效。可以通過(guò)加入X電容，共模電感、差模電感、低通濾波電路、屏蔽體等來(lái)消減EMI帶來(lái)的問(wèn)題。

4.結(jié)論

本文在分析兩種典型LED驅(qū)動(dòng)電路原理的基礎(chǔ)上，并分別對(duì)線(xiàn)性L(fǎng)ED驅(qū)動(dòng)電路和開(kāi)關(guān)LED驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行了浪涌電壓影響下的失效仿真。從仿真結(jié)果中可以看出，浪涌電壓對(duì)LED驅(qū)動(dòng)電源影響比較大。尤其是驅(qū)動(dòng)電路這一部分。使LED驅(qū)動(dòng)電流增大超過(guò)其最大正向?qū)娏?，使LED燈珠失效。根據(jù)仿真分析結(jié)果，最終給出了合理的LED驅(qū)動(dòng)電路的失效方案。