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怎样提高LED灯的工作寿命?

2013-03-18 19:16
苏子言岁月
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  LED 需要电路驱动器将标准的交流电压转换为可使用的直流电流与电压。

  为使LED灯泡兼容标准的灯口,且不牺牲其工作寿命,设计人员必须以某种不会增加灯泡潜在故障机制的方式,将驱动电路与灯泡整合到一起。

  驱动电路要将高的交流电压转换为低的直流电压,因此必需做电气隔离。一种方案是采用实时波形分析,通过隔离变压器初级端检测LED电流,这样,无需来自输出端的直接反馈,就可以保持对LED串的严格恒流调节。

  驱动LED的两步方案是在前面用一个升压转换器,为调光器提供所需要的负载阻抗(减少可能造成损坏的浪涌电流),并且使输入电流与线路电流同相,从而提高了电路的整体功率因数。

  全球各地政府都出台了要求白炽灯逐步退市的规定,这推动了向固态照明技术的转变。LED照明较传统方式有明显的优势,尤其是LED灯泡提高了每瓦流明性能,而降低了每流明的成本。

  LED技术与被替代的传统白炽灯相比,主要好处是更长的工作寿命,以及更低的每瓦小时工作成本。比起相对脆弱的白炽灯和荧光灯,固态照明技术的坚固性是对消费者的重要卖点。白炽灯的典型寿命大约是1000小时(参考文献1)。而LED灯泡号称有5万小时以上的工作寿命(参考文献2),同时在等效光输出下,功耗只有前者的约20%.

  但是,如果设计者不采取一些必要的预防措施,LED照明就可能无法向消费者兑现约25年无需更换灯泡的承诺。LED及其驱动电路的复杂性与可靠性(还必须与传统调光技术兼容)都是设计者必须考虑解决的问题,这样才能获得最长的LED照明系统工作寿命。

  LED正常工作要求有恒定的直流电流,且电压远低于整流后的交流线电压,因此需要将标准交流电压降低到可用电平的驱动电路。要使LED灯泡与标准灯口兼容,设计者必须将驱动电路集成在灯泡内。如果处理不当,这种整合就会增加LED灯泡发生机械故障的可能性。

  以往的LED灯泡驱动器都需要大量外接元件、高价的隔离元件,以及特殊的设计策略,以防止关键元件出现长期老化问题(如电解电容)。现在,驱动电路的整合使灯泡更容易产生可靠性问题,如早期失效或使MTTF(平均无故障时间)率下降。

  MTTF 是对首次出现故障时间的量度值,通常以电路中每种元件的FIT率(每10亿小时故障率)计算得出。由于驱动电路要将大交流电压(100Vac/220V ac)降低到可为LED供电的一个dc电压,因此出于安全考虑要做电气隔离。

  在典型的电气隔离AC/DC转换器中,会用一个分立的光隔离器(或光耦)提供从次级端到初级端控制器的反馈,它将一个电信号转换为光信号,使该信号通过光障,然后再转换回电信号(图1)。因为光耦的FIT率高于半导体元件,因此就降低了整个电路的MTTF指标。

提高LED灯的工作寿命

  另外,由于老化的影响,光耦的电流传输率可能会随时间和温度而改变。这种变动会影响到电源的回路稳定性,缩短LED驱动电路的寿命。虽然很多LED灯和灯具可以工作在高的PCB温度下,但设计者必须消除这些薄弱环节,才能获得更长的寿命。

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