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技术:10个可能导致LED驱动失效的原因

导读: 基本上可以说LED驱动器的主要作用是将输入的交流电压源转换为输出电压可随LED Vf(正向导通压降变化的电流源。

基本上可以说LED驱动器的主要作用是将输入的交流电压源转换为输出电压可随LED Vf(正向导通压降变化的电流源。做为LED照明中的关键部件,LED驱动器的品质直接影响到整体灯具的可靠性及稳定性。本文从LED驱动等相关技术及客户应用经验出发,整理分析灯具设计及应用中诸多的失效情况。

1、未考虑LED灯珠Vf变化范围

LED灯具负载端,一般由若干数量的LED串并 联组成,其工作电压Vo=Vf*Ns,其中Ns表示LED串联数量。LED的Vf随温度变动而变动,一般情况下,在恒定电流时,高温时Vf变低,低温时Vf变高。因此,高温时LED灯具负载工作电压对应为VoL,低温时LED灯具负载工作电压对应为VoH。在选用LED驱动器时需考虑驱动器输出电压范围大于VoL~VoH。

如果选用的LED驱动器最大输出电压低于VoH,可能导致低温时灯具的最大功率达不到实际所需功率,如果选用的LED驱动器最低电压高于VoL,则高温时可能驱动器输出超出工作范围,工作不稳定,灯具会有闪烁等情况。

但综合成本及效率考虑,不能一味追求LED驱动器超宽输出电压范围:因为驱动器电压只在某一个区间时,驱动器效率才是最高的。超过范围后效率、功率因数(PF)都会变差,同时驱动器输出电压范围设计太宽,则导致成本升高,效率无法优化。

2、未考虑功率余量及降额要求

一般情况下,LED驱动器的标称功率是指额定环境、额定电压情况下测得的数据。考虑到不同客户会有不同的应用,多数LED驱动器供应商会在自家的产品规格书上提供功率降额曲线(常见的有负载vs环境温度降额曲线及负载vs输入电压降额曲线)。

技术|10个可能导致LED驱动失效的原因

图1 负载vs环境温度的功率降额曲线

如图1所示,红色曲线表示LED驱动器在输 入120Vac情况下,其负载随环境温度变化的功率降额曲线。当环境温度低于50℃时,驱动器允许100%满载,当环境温度高达70℃时,驱动器只能降额到60%的负载,当环境温度在50-70℃之间变化时,驱动器负载随温度上升而线性下降。

蓝色曲线则表示LED驱动器在输入230Vac或 277Vac情况下,其负载随环境温度变化的功率降额曲线,其原理类同。

技术|10个可能导致LED驱动失效的原因

图2 负载vs输入电压的功率降额曲线

如图2所示,蓝色曲线表示LED驱动器在环境温度55℃时,其输出功率随输入电压变化的降额曲线。当输入电压为140Vac时,驱动器的负载允许100%满载,随着输入电压下调;若输出功率不变,输入电流将上升,导致输入端损耗加大,效率降低,器件温度上升,个别温度点将可能超标,甚至可能导致器件失效。

因此,如图2当输入电压小于140Vac时,要求驱动器的输出负载随输入电压减小而线性减小。看懂如上降额曲线及相应要求后,选用LED驱动器时就应该根据实际使用时的环境温度情况及输入电压情况,综合考虑及选择,并适当留出降额余量。

3、不了解LED的工作特性

曾有客户要求灯具输入功率为固定值,固定5%误差,只能针对每盏灯去调节输出电流达到指定功率。由于不同工作环境温度,及点灯时间不同,每一盏灯的功率还是会有较大差异。

客户提出这样的要求,虽然有其市场推广及商务因数的考虑。但是,LED的伏安特性决定LED驱动器为恒定电流源,其输出电压随LED负载串联电压Vo变化而变化,在驱动器整机效率基本不变的情况下,其输入功率随Vo变化。

同时,LED驱动器在热平衡后整体效率会有所上升,在相同输出功率的条件下,相比于开机时刻,输入功率会下降。

所以,LED驱动器的应用者在拟定需求时,应先了解LED的工作特性,避免提出一些不符合工作特性原理的指标,同时避免出现远超实际需求的指标,避免质量过剩和成本浪费。

4、测试中失败

曾经有客户采购过很多品牌的LED驱动器,但是所有样品都在测试过程中失效。后来到现场分析后发现,客户采用自偶调压器直接给LED驱动器供电进行测试,上电后将调压器从0Vac逐渐上调到LED驱动器额定工作电压。

这样的测试操作,很容易使得LED驱动器在很小的输入电压时就启动并带载工作,而此种情况会导致输入电流远远大于额定值,内部输入端相关器件,如保险丝、整流桥、热敏电阻等因电流超标或过热而失效,导致驱动器失效。

因此正确的测试方法是将调压器调到LED驱动器额定工作电压区间,再接上驱动器上电测试。

当然,从技术上改善设计也可以规避此种测试误操作导致的失效问题:在驱动器输入端设置启动电压限制电路及输入欠压保护电路。当输入未达到驱动器设定的启动电压时,驱动器不工作;当输入电压降低到输入欠压保护点时,驱动器进入保护状态。

因此,即使客户测试过程中依然采用自偶调压器的操作步骤,驱动器具备自我保护功能而不至于失效。但是客户在测试之前一定要仔细了解所购的LED驱动器产品是否具备这项保护功能(考虑到LED驱动器的实际应用环境,目前多数LED驱动器不具有此项保护功能)。

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