基于LED照明驅(qū)動電路失效機(jī)理的原理和方法

(3)元器件使用失效

由于開關(guān)型驅(qū)動電路需要大電容來進(jìn)行存儲電能，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在使用時會產(chǎn)生熱量，這些熱量加劇電解電容的電解液的運(yùn)動，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)動是使用交變電源作為電源輸入的，對于一些大功率的LED驅(qū)動電路，其變壓線圈會產(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)力的時間模型見下公式：

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其中M為溫度應(yīng)力，T為溫度，t為時間。

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

3.2 線性調(diào)整型LED驅(qū)動電路失效分析

以圖1線性調(diào)整行LED驅(qū)動電路進(jìn)行失效分析，線性LED驅(qū)動一上電瞬間，AC電源需要對驅(qū)動電路內(nèi)部的電容電感進(jìn)行充電，所以，上電瞬間會有一個比較大的電流通過熔絲和整流橋。由于Multisim仿真軟件只能仿真模擬量，對于環(huán)境熱量和濕度等均無法模擬。所以這次仿真只能從電參數(shù)這方面進(jìn)行模擬。這里加入兩個失效因素，浪涌電壓和浪涌電流，對上文所述的線性LED驅(qū)動電路進(jìn)行失效仿真，加入浪涌電壓之后電路運(yùn)行情況的各個儀表參數(shù)。

由圖1所示內(nèi)容，可以讀出各個儀表的值。

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

Iled=34.606mA.

經(jīng)過多次仿真測試得出與正常情況下的LED驅(qū)動電路電參數(shù)對比見表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10%幅值，線性LED驅(qū)動電路的工作狀態(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有影響到線性LED驅(qū)動電路的工作電壓。但是，其驅(qū)動電流卻發(fā)生了巨大變化，驅(qū)動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，會減少LED燈珠的壽命，甚至可能會直接損毀燈珠。

3.3 開關(guān)型LED驅(qū)動電路失效分析

以圖2線性調(diào)整行LED驅(qū)動電路進(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)讀出來的電壓為11.368V.低頻整流之后，電壓經(jīng)過自激振蕩電路和高頻整流電路以及穩(wěn)壓電路之后，輸出來的就是LED的驅(qū)動電壓了。

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LED驅(qū)動電壓理論值為6.6V.

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

經(jīng)過多次仿真測試，可以讀出幾個儀表的參數(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)動電路電參數(shù)對比見表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，開關(guān)型LED驅(qū)動電路，由于采用了良好的穩(wěn)壓措施，驅(qū)動電路的電壓參量并未發(fā)生很大的變化，但是，LED的驅(qū)動電路變化交大，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)過前面幾個小節(jié)對LED驅(qū)動電路的仿真分析可以總結(jié)出以下幾個有效的LED失效解決方案：

(1)對于浪涌電流和電壓，可以在電源輸入給加上一個熔絲和一個PTC電阻。PTC電阻就是正溫度系數(shù)電阻。當(dāng)電源輸入的初級電流有一個浪涌電流或者浪涌電壓輸入時，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必會增加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。對于室外使用的LED驅(qū)動，還應(yīng)該加入防雷保護(hù)措施。

(2)對于驅(qū)動器件的選擇，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應(yīng)付突變的電參量。

(3)同時，應(yīng)該注意線路板的的布局，發(fā)熱量大的應(yīng)該隔開布局，以減少熱量隊板子的影響。線路板應(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)對于開關(guān)型LED驅(qū)動電路，還應(yīng)該防止EMI帶來的失效?？梢酝ㄟ^加入X電容，共模電感、差模電感、低通濾波電路、屏蔽體等來消減EMI帶來的問題。

4.結(jié)論

本文在分析兩種典型LED驅(qū)動電路原理的基礎(chǔ)上，并分別對線性LED驅(qū)動電路和開關(guān)LED驅(qū)動電路進(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LED驅(qū)動電源影響比較大。尤其是驅(qū)動電路這一部分。使LED驅(qū)動電流增大超過其最大正向?qū)娏鳎筁ED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)動電路的失效方案。