LED-灯具损坏的常见原因及解决方案

OFweek共享： LED灯具损坏的常见原因及解决方案将高输出白色LED作为新的绿色照明，具有光转换效率高、功耗低、寿命长、无需维护等优点，已应用于各种照明领域。 LED的长寿命基于安全的工作环境。 在LED照明中，主要有两种威胁影响寿命的一种是过电流冲击，这里的过电流冲击是施加在LED上的电流超过该LED技术数据表的最大额定电流，包括过电压引起的过电流冲击在内的另一种是过热损伤。 这些损坏可以表示为组件的即时故障，并且在电击后出现一段时间故障，可能会缩短LED的寿命。LED照明设备损坏的原因LED照明器具的故障有1个是电源和驱动引起的故障，2个是LED模块本身引起的故障。 通常，LED电源和驱动的破损是由输入电源的过电压(EOS )和负载侧的断线故障引起的。 输入电源的过电压冲击会引起驱动电路中的驱动芯片损坏或电容器等无源部件损坏的负载侧短路故障，可能会引起驱动电路的过电流驱动，驱动电路可能会因短路破坏或短路故障而发生过热破坏。LED单元本身发生故障时过渡过电流事件所谓过电流事件，是指流过LED的电流超过该LED技术数据手册的最大额定电流，是因为直接产生了大电流，还是因为间接产生了高电压，例如由于过渡性的雷击、开关电源的过渡性开关噪声、电网的变动等过电压事件引起的过电流。 这些事件都是过渡性的，持续时间极短，通常称为“电流峰”、“电压峰”等峰。 造成过渡性过电流的原因是LED接通电源时和拔出带电的插头时的过渡性过电流。ISO7637-2的瞬态负载浪涌对汽车上的LED照明是其正常操作的重要威胁。LED受电击后故障模式没有固定，但通常如图1所示焊接线破损。 这种损坏通常由非常大的过渡性过电流引起，不仅焊接线烧坏，而且接近焊接线的密封材料等其他部分也可能损坏。静电放电事件ESD损伤是目前高集成半导体器件制造中运输和应用最常见的过电压危害，但LED照明系统需要符合IEC61000-4-2标准的“人体静电放电模式”的8KV接触放电，以防止系统在静电放电时发生过电压破坏。LED PN结构的性能降低或破损是由于ESD事件的放电路径造成的LED芯片内部故障，如图2所示，该故障仅是局部的功能破损，最严重的故障可能会引起LED的永久性破损。过热损坏对于能耗约80%的LED照明设计，热管理和故障过热保护是一个重要课题，理论和实践已证明LED的性能和寿命与LED的pn结工作温度密切相关。 LED芯片内的接合温度上升10时，光束衰减1%，LED寿命减少50%。保护电源和驱动电路由于LED电源和驱动电路容易因电击或短路故障而损坏，因此在驱动电路设计中，必须充分考虑各种故障状态的保护对策，提高电路的可靠性，降低修理率(图3 )。PPTC在LED照明下的过电流保护与过热保护许多高端LED驱动单元集成了过电流、过温等保护功能，但在很多情况下，尤其是在过热保护方面，个别单元方案仍然是协调保护方案所必需的，实现了灯具的可靠性和长寿命化。PPTC是高分子聚合物的正温度热敏电阻，由聚合物和导电粒子等组成。 进行特殊加工后，导电粒子在聚合物中构成链状导电通路。 正常工作电流流过(或者部件处于正常的环境温度)时，PPTC在成为低电阻状态的电路中流过异常的过电流(或者环境温度变高)时，从大电流(或者环境温度变高)产生的热量使聚合物急速膨胀，切断由导电粒子构成的导电路径， PPTC在高电阻状态电路中的过电流(过温状态)被消除后，聚合物被冷却，体积恢复正常，其中导电粒子再次构成导电通路，PPTC又呈现出初期的低电阻状态。 PPTC体积小，成本低，可重复使用，可自动启动保护功能并自动恢复。LED照明中，根据灯具的应用情况有不同的过热保护要求，通常分为2种，分别达到规定温度后立即关闭开关进行保护(图4 )。 这种保护通常应用于道路交通信号，而在达到某个温度时开始保护并降低电流驱动(图5 )的保护通常应用于室内照明和道路照明。图4图5在成本与保护方案的相互平衡之中，串联耦合的巨大阵列照明或者景观灯的过电流与过热保护通常可以利用两种保护方案1 .分支保护(图6 )。 在多排LED系统中，可以对每个分支串联连接PPTC进行保护。 该方式的优点是能够实现正确的保护，不会因某条道路的故障而使整个照明器具失效，保护的可靠性高。2 .干线道路保护(图7 )。 该保护是在灯具的主回路上串联连接PPTC，保护灯具整体。 该方式的优点是成本低，板面积小。另外，PPTC作为温度传感器能够与LED驱动器并用来实现LED阵列照明的过热保护(图8 )，在大型阵列照明中由于LED灯列较多且结构复杂，因此实用上容易过热故障的场所大多不固定在特定的场所。 因此，单个过热检测组件难以提供完整的过热保护。 PPTC正常工作时的低电阻及其正温度系数特性能够简单地将几个PPTC串联连接到热保护检测电路，实现多点过热监测。 如果多个PPTC串联连接，并且由于PPTC的低电阻而在物理上安装在可能过热的地方，所以THRM端子的位置为零，并且电源电路在正常操作的发光体的一个或多个地方出现过温故障，则THRM电路中的一个或多个PPTC将受到热量的影响，电阻将急剧上升。 THRM端子的位置变为高电平，启动LED驱动器设计的过热保护方案，实现过热切断或过热减少驱动。 该解决方案对LED面光源的过热保护既经济又有效。结论PPTC由于其自身的许多特点，非常适合LED照明系统的过电流和过热保护，在设计过程中将PTC安装在金属核心基板和LED散热板上，实现最佳的热传导