LED驅(qū)動失效的十個原因
日期:2019-07-04
基本上可以說,LED 驅(qū)動器的主要作用是將輸入的交流電壓源轉(zhuǎn)換為輸出電壓可隨 LED Vf 正向?qū)▔航底兓碾娏髟础?br />
作為LED照明中的關(guān)鍵部件,LED 驅(qū)動器的品質(zhì)直接影響到整體燈具的可靠性及穩(wěn)定性。本文從 LED 驅(qū)動等相關(guān)技術(shù)及客戶應(yīng)用經(jīng)驗出發(fā),整理分析燈具設(shè)計及應(yīng)用中諸多的失效情況:
1、未考慮LED燈珠Vf變化范圍,導(dǎo)致燈具效率低,甚至工作不穩(wěn)定
LED燈具負(fù)載端,一般由若干數(shù)量的LED串并 聯(lián)組成,其工作電壓 Vo=Vf*Ns,其中 Ns 表示 LED 串聯(lián)數(shù)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(fù)載工作電壓對應(yīng)為 VoL,低溫時 LED 燈具負(fù)載工作電壓對應(yīng)為 VoH。在選用 LED 驅(qū)動器時需考慮驅(qū)動器輸出電壓范圍大于 VoL~VoH。
如果選用的LED驅(qū)動器最大輸出電壓低于 VoH,可能導(dǎo)致低溫時燈具的最大功率達(dá)不到實際所需功率,如果選用的 LED 驅(qū)動器最低電壓高于VoL,則高溫時可能驅(qū)動器輸出超出工作范圍,工作不穩(wěn)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(qū)動器超寬輸出電壓范圍:因為驅(qū)動器電壓只在某一個區(qū)間時,驅(qū)動器效率才是最高的。超過范圍后效率、功率因數(shù)(PF)都會變差,同時驅(qū)動器輸出電壓范圍設(shè)計太寬,則導(dǎo)致成本升高,效率無法優(yōu)化。
2、未考慮功率余量及降額要求
一般情況下,LED 驅(qū)動器的標(biāo)稱功率是指額定環(huán)境、額定電壓情況下測得的數(shù)據(jù)??紤]到不同客戶會有不同的應(yīng)用,多數(shù) LED 驅(qū)動器供應(yīng)商會在自家的產(chǎn)品規(guī)格書上提供功率降額曲線(常見的有負(fù)載 vs 環(huán)境溫度降額曲線及負(fù)載 vs 輸入電壓降額曲線)。
如圖 1 所示,紅色曲線表示 LED 驅(qū)動器在輸入 120Vac 情況下,其負(fù)載隨環(huán)境溫度變化的功率降額曲線。當(dāng)環(huán)境溫度低于 50℃ 時,驅(qū)動器允許 100% 滿載,當(dāng)環(huán)境溫度高達(dá) 70℃ 時,驅(qū)動器只能降額到 60% 的負(fù)載,當(dāng)環(huán)境溫度在 50-70℃ 之間變化時,驅(qū)動器負(fù)載隨溫度上升而線性下降。
藍(lán)色曲線則表示 LED 驅(qū)動器在輸入 230Vac 或 277Vac 情況下,其負(fù)載隨環(huán)境溫度變化的功率降額曲線,其原理類同。
如圖 2 所示,藍(lán)色曲線表示 LED 驅(qū)動器在環(huán)境溫度 55℃ 時,其輸出功率隨輸入電壓變化的降額曲線。當(dāng)輸入電壓為 140Vac 時,驅(qū)動器的負(fù)載允許 100% 滿載,隨著輸入電壓下調(diào);若輸出功率不變,輸入電流將上升,導(dǎo)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(biāo),甚至可能導(dǎo)致器件失效。
因此,如圖 2 當(dāng)輸入電壓小于 140Vac 時,要求驅(qū)動器的輸出負(fù)載隨輸入電壓減小而線性減小。看懂如上降額曲線及相應(yīng)要求后,選用 LED 驅(qū)動器時就應(yīng)該根據(jù)實際使用時的環(huán)境溫度情況及輸入電壓情況,綜合考慮及選擇,并適當(dāng)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(diào)節(jié)輸出電流達(dá)到指定功率。由于不同工作環(huán)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(wù)因數(shù)的考慮。但是,LED 的伏安特性決定 LED 驅(qū)動器為恒定電流源,其輸出電壓隨 LED 負(fù)載串聯(lián)電壓 Vo 變化而變化,在驅(qū)動器整機(jī)效率基本不變的情況下,其輸入功率隨 Vo 變化。
同時,LED 驅(qū)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(jī)時刻,輸入功率會下降。
所以,LED 驅(qū)動器的應(yīng)用者在擬定需求時,應(yīng)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(biāo),同時避免出現(xiàn)遠(yuǎn)超實際需求的指標(biāo),避免質(zhì)量過剩和成本浪費(fèi)。
4、測試中失效
曾經(jīng)有客戶采購過很多品牌的 LED 驅(qū)動器,但是所有樣品都在測試過程中失效。后來到現(xiàn)場分析后發(fā)現(xiàn),客戶采用自偶調(diào)壓器直接給 LED 驅(qū)動器供電進(jìn)行測試,上電后將調(diào)壓器從 0Vac 逐漸上調(diào)到 LED 驅(qū)動器額定工作電壓。
這樣的測試操作,很容易使得 LED 驅(qū)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(dǎo)致輸入電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于額定值,內(nèi)部輸入端相關(guān)器件,如保險絲、整流橋、熱敏電阻等因電流超標(biāo)或過熱而失效,導(dǎo)致驅(qū)動器失效。
因此正確的測試方法是將調(diào)壓器調(diào)到 LED 驅(qū)動器額定工作電壓區(qū)間,再接上驅(qū)動器上電測試。
當(dāng)然,從技術(shù)上改善設(shè)計也可以規(guī)避此種測試誤操作導(dǎo)致的失效問題:在驅(qū)動器輸入端設(shè)置啟動電壓限制電路及輸入欠壓保護(hù)電路。當(dāng)輸入未達(dá)到驅(qū)動器設(shè)定的啟動電壓時,驅(qū)動器不工作;當(dāng)輸入電壓降低到輸入欠壓保護(hù)點時,驅(qū)動器進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)。
因此,即使客戶測試過程中依然采用自偶調(diào)壓器的操作步驟,驅(qū)動器具備自我保護(hù)功能而不至于失效。但是客戶在測試之前一定要仔細(xì)了解所購的 LED 驅(qū)動器產(chǎn)品是否具備這項保護(hù)功能(考慮到 LED 驅(qū)動器的實際應(yīng)用環(huán)境,目前多數(shù) LED 驅(qū)動器不具有此項保護(hù)功能)。