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LED電源壽命

2016-08-08

?LED芯片和電源裝在一起,一般空間狹小,散熱條件差,如何保證LED電源質(zhì)量和壽命,就要從設(shè)計(jì)前就開端思忖,從而避免LED電源很快失效,可以說LED電源壽命是制約著LED發(fā)展的關(guān)鍵。
這是一下需要系統(tǒng)設(shè)計(jì)和考慮的綜合問題。
我們認(rèn)為影響LED電源壽命的性能包括環(huán)境特征,部件和電力待征,綜合有以下方面:
1、實(shí)際應(yīng)用環(huán)境的影響:高濕環(huán)境、高溫環(huán)境、多塵環(huán)境、強(qiáng)磁環(huán)境、震動(dòng)環(huán)境
2、燈飾溫度環(huán)境的影響:燈飾內(nèi)溫小于65度、燈飾外殼小于75度、電源溫度小于60度
3、供電電網(wǎng)的影響:不穩(wěn)定電網(wǎng)的電壓輸入會(huì)對(duì)LED電源的部件造成沖擊,從而影響LED驅(qū)動(dòng)的使用壽命脈。
4、絕緣和安裝的影響:產(chǎn)品的正確安裝和良好的絕緣會(huì)增強(qiáng)LED電源的應(yīng)用力。
5、電解電容的影響:電解電容器的封口部位會(huì)漏出氣化的電解液,這種現(xiàn)象會(huì)隨著溫度的升高而加速,一般認(rèn)為溫度每上升10℃,泄漏速度會(huì)提高至2倍。
因此可以說電解電容器決定了電源裝置的壽命。
如果選用105度,壽命為10000小時(shí)的高溫電解電容,根據(jù)通行的電解電容壽命估算公式“每降低10度,壽命增加一倍”,那么它為95度環(huán)境下工作壽命為20000小時(shí),在85度環(huán)境下工作壽命為40000小時(shí)。
LED驅(qū)動(dòng)電源的正常工作壽命要取決于電源所使用的電解電容的壽命,電解電容的壽命又取決于電容本身的壽命及工作溫度。
電容溫度65℃時(shí)的壽命只能保證約8萬小時(shí);電容溫度75℃時(shí)的壽命只能保證約4萬小時(shí);電容溫度85℃時(shí)的壽命只能保證約2萬小時(shí);電容溫度95℃時(shí)的壽命只能保證約1萬小時(shí);從以上的推算:電解電容溫度每上升10℃,壽命將會(huì)減半。
6、開關(guān)次數(shù)的影響:多數(shù)電源設(shè)有電容器輸入型的整流回路,在通入電源時(shí),會(huì)產(chǎn)生浪涌電流,導(dǎo)致開關(guān)接點(diǎn)疲勞,引發(fā)接觸電阻增大及吸附等問題。理論上認(rèn)為,在電源期望壽命期間,開關(guān)的通斷次數(shù)約有10000次。
7、沖擊電流保護(hù)電阻、熱敏功率電阻的影響:為抵搞電源通入時(shí)產(chǎn)生的沖擊電流,通常電源的設(shè)計(jì)將電阻與SCR等元件并聯(lián)起來使用。
電源通入時(shí)的電力峰值高達(dá)額定數(shù)值的數(shù)十倍至數(shù)百倍,結(jié)果導(dǎo)致電阻熱疲勞,引起斷路。處在相同情況下的熱敏功率電阻器也會(huì)產(chǎn)生熱疲勞現(xiàn)象。
解析LED電源的隔離與非隔離
在一般的LED照明市場上,存在非隔離設(shè)計(jì)和隔離型驅(qū)動(dòng)電源之分。
非隔離設(shè)計(jì)僅限于雙絕緣產(chǎn)品,例如燈泡的替代產(chǎn)品,其中LED和整個(gè)產(chǎn)品都集成并密封在非導(dǎo)電塑料中,因此,最終用戶并沒有任何觸電的危險(xiǎn)。
二級(jí)產(chǎn)品都是隔離型的,價(jià)格相對(duì)比較昂貴,但在用戶可以接觸到LED和輸出接線的地方(通常在LED照明和路燈照明應(yīng)用的情況下),這種產(chǎn)品必不可少。
帶隔離變壓器或者電氣隔離的LED驅(qū)動(dòng)電源意味著LED可以直接用手接觸而不會(huì)觸電。
而無隔離變壓器的LED驅(qū)動(dòng)電源雖仍可以借助防護(hù)外殼實(shí)現(xiàn)部分機(jī)械絕緣,但此時(shí)的LED在工作時(shí)并不能直接接觸。
絕緣型燈泡在今后將成為主流
物理設(shè)計(jì)決定著驅(qū)動(dòng)器是隔離式還是非隔離式。
安全規(guī)則通常要求使用兩個(gè)獨(dú)立的隔離層。
設(shè)計(jì)師可以選擇兩種物理隔離層,即塑料散光罩和玻璃護(hù)罩,并使用非隔離式電源。如果物理隔離成本太高、存在機(jī)械困難或者吸收太多光,就必須在電源中解決電氣隔離問題。
隔離式電源通常要比同等功率水平的非隔離式電源大一些。照明燈設(shè)計(jì)師必須在他們所設(shè)計(jì)的每款產(chǎn)品中進(jìn)行大量的成本及設(shè)計(jì)優(yōu)化工作。
由于適用于不同的應(yīng)用,是采用隔離的絕緣變壓器還是采用隔離的防護(hù)燈罩外殼,設(shè)計(jì)者在不同的角度考慮永遠(yuǎn)會(huì)有不同的見解。
通常,他們會(huì)從多方面去分析,例如成本與制造工藝、效率和體積、絕緣可靠性和安全規(guī)范的要求,等等。帶變壓器的驅(qū)動(dòng)成本較高,但也相應(yīng)讓LED燈具變得更加實(shí)用,能夠滿足終端用戶偶然接觸LED的需要。當(dāng)白熾燈玻璃外殼很容易被損壞時(shí),一個(gè)E27型號(hào)的普通燈泡可被替換成為LED燈。
此外,在工業(yè)區(qū)或者是辦公設(shè)備應(yīng)用中的燈具并不需要接觸到終端用戶,如路燈和商場照明,這時(shí)的LED燈也確實(shí)需要隔離變壓器。
作為一個(gè)讓最終用戶能安全使用的產(chǎn)品,一定會(huì)考慮絕緣與隔離的可靠性。
作為完整的產(chǎn)品,產(chǎn)品表面使用者能接觸到的部分一定要經(jīng)過隔離,不能讓人觸電。而從產(chǎn)品整個(gè)系統(tǒng)而言,隔離是不可避免的,區(qū)別只是設(shè)置隔離的位置不同。
有些設(shè)計(jì)者采用隔離的變壓器設(shè)計(jì),因此他們可以簡化散熱和燈罩的設(shè)計(jì)。如果用非隔離的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì),在燈殼等結(jié)構(gòu)上就必須考慮可靠的絕緣要求。因此作為電源驅(qū)動(dòng),隔離與非隔離的方案一直都同時(shí)存在。
中國LED驅(qū)動(dòng)電源制造商們可能面對(duì)的主要挑戰(zhàn)是找到低成本的AC/DC驅(qū)動(dòng)器,從而滿足在低成本電源系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)更嚴(yán)格的功率因子和效率表現(xiàn)。
未來,在空間受限且存在散熱困難的系統(tǒng)(比如LED燈具)中使用高質(zhì)量、高可靠性的電源,將不再免費(fèi)。然而,在最終用戶使用過許多某款壽命在10,000小時(shí)左右的燈泡之前,要想證明其質(zhì)量高是相當(dāng)困難的事情。
基于變壓器的隔離型LED驅(qū)動(dòng)電源將是主流
隔離和非隔離LED驅(qū)動(dòng)電源方案各有優(yōu)缺點(diǎn)。
業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為,ClassII將是主流,因?yàn)樗喕薒ED散熱問題。ClassI或II系統(tǒng)依賴接地系統(tǒng),在大多數(shù)情況下,跟安裝地點(diǎn)很有關(guān)系。
ClassII較常見,它要求雙級(jí)或加強(qiáng)型隔離,也即需要變壓器磁性繞組、絕緣帶和物理隔絕。ClassI系統(tǒng)要求一個(gè)接地外殼和(或)機(jī)械障礙,而這時(shí)ClassII系統(tǒng)不需要的。
有好幾個(gè)趨勢正在推動(dòng)LED照明市場的發(fā)展。首先是高亮度LED效率的不斷改善和非常高效率的高可靠性恒流LED驅(qū)動(dòng)電源的不斷涌現(xiàn),其次是全球立法禁止白熾燈照明(由于其低效率)和CFL節(jié)能燈的逐步淡出(如果打破的話,它會(huì)流出對(duì)環(huán)境有害的水銀)。
這些因素綜合起來正使得LED照明成為一個(gè)長期的發(fā)展趨勢。
當(dāng)然,低系統(tǒng)成本(包括LED、熱管理系統(tǒng)和LED驅(qū)動(dòng)器)永遠(yuǎn)是消費(fèi)者廣泛采用LED通用照明的推動(dòng)力。
事實(shí)上,在很多LED照明產(chǎn)品中,失效是一個(gè)常見現(xiàn)象,大多數(shù)是因?yàn)殡娫吹氖?,而不是LED的失效。在設(shè)計(jì)層面上,必須變成系統(tǒng)熱設(shè)計(jì)的專家。
LED提供高效率,但它們也比白熾燈或節(jié)能燈產(chǎn)生更多的傳導(dǎo)熱量。
由于許多LED照明應(yīng)用封閉在一個(gè)很小的空間里,很難用通風(fēng)的辦法來散熱。
如果沒有仔細(xì)的熱設(shè)計(jì),LED和電源驅(qū)動(dòng)電路很容易因?yàn)楦邷囟嘶蛴谰檬А?br>
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