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解析可能導致LED驅動失效的幾個問題

解析可能導致LED驅動失效的幾個問題
LED驅動器的主要作用是將輸入的交流電壓源轉換為輸出電壓可隨LED Vf正向導通壓降變化的電流源。作為LED照明中的關鍵部件,LED驅動器的品質直接影響到整體燈具的可靠性及穩定性。從LED驅動等相關技術及實際應用經驗出發,分析LED燈具驅動失效的幾個問題
1.未考慮LED燈珠Vf變化范圍,導致燈具效率低,甚至工作不穩定
 LED燈具負載端,一般由若干數量的LED串并聯組成,其工作電壓Vo=Vf*Ns,其中Ns表示LED串聯數量。LED的Vf隨溫度變動而變動,一般情況下,在恒定電流時,高溫時Vf變低,低溫時Vf變高。因此,高溫時LED燈具負載工作電壓對應為VoL,低溫時LED燈具負載工作電壓對應為VoH。在選用LED驅動器時需考慮驅動器輸出電壓范圍大于VoL~VoH。 如果選用的LED驅動器最大輸出電壓低于VoH,可能導致低溫時燈具的最大功率達不到實際所需功率,如果選用的LED驅動器最低電壓高于VoL,則高溫時可能驅動器輸出超出工作范圍,工作不穩定,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驅動器超寬輸出電壓范圍:因為驅動器電壓只在某一個區間時,驅動器效率才是最高的。超過范圍后效率、功率因數(PF)都會變差,同時驅動器輸出電壓范圍設計太寬,則導致成本升高,效率無法優化。
2.未考慮功率余量及降額要求
一般情況下,LED驅動器的標稱功率是指額定環境、額定電壓情況下測得的數據??紤]到不同客戶會有不同的應用,多數LED驅動器供應商會在自家的產品規格書上提供功率降額曲線(常見的有負載vs環境溫度降額曲線及負載vs輸入電壓降額曲線)
如圖1所示,紅色曲線表示LED驅動器在輸入120Vac情況下,其負載隨環境溫度變化的功率降額曲線。當環境溫度低于50℃時,驅動器允許100%滿載,當環境溫度高達70℃時,驅動器只能降額到60%的負載,當環境溫度在50-70℃之間變化時,驅動器負載隨溫度上升而線性下降。
藍色曲線則表示LED驅動器在輸入230Vac或 277Vac情況下,其負載隨環境溫度變化的功率降額曲線,其原理類同。
如圖2所示,藍色曲線表示LED驅動器在環境溫度55℃時,其輸出功率隨輸入電壓變化的降額曲線。當輸入電壓為140Vac時,驅動器的負載允許100%滿載,隨著輸入電壓下調;若輸出功率不變,輸入電流將上升,導致輸入端損耗加大,效率降低,器件溫度上升,個別溫度點將可能超標,甚至可能導致器件失效。
因此,如圖2當輸入電壓小于140Vac時,要求驅動器的輸出負載隨輸入電壓減小而線性減小??炊缟辖殿~曲線及相應要求后,選用LED驅動器時就應該根據實際使用時的環境溫度情況及輸入電壓情況,綜合考慮及選擇,并適當留出降額余量。
 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節輸出電流達到指定功率。由于不同工作環境溫度,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因數的考慮。但是,LED的伏安特性決定LED驅動器為恒定電流源,其輸出電壓隨LED負載串聯電壓Vo變化而變化,在驅動器整機效率基本不變的情況下,其輸入功率隨Vo變化。同時,LED驅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,相比于開機時刻,輸入功率會下降。所以,LED驅動器的應用者在擬定需求時,應先了解LED的工作特性,避免提出一些不符合工作特性原理的指標,同時避免出現遠超實際需求的指標,避免質量過剩和成本浪費。
4.測試中失效
曾經有客戶采購過很多品牌的LED驅動器,但是所有樣品都在測試過程中失效。后來到現場分析后發現,客戶采用自偶調壓器直接給LED驅動器供電進行測試,上電后將調壓器從0Vac逐漸上調到LED驅動器額定工作電壓。這樣的測試操作,很容易使得LED驅動器在很小的輸入電壓時就啟動并帶載工作,而此種情況會導致輸入電流遠遠大于額定值,內部輸入端相關器件,如保險絲、整流橋、熱敏電阻等因電流超標或過熱而失效,導致驅動器失效。因此正確的測試方法是將調壓器調到LED驅動器額定工作電壓區間,再接上驅動器上電測試。當然,從技術上改善設計也可以規避此種測試誤操作導致的失效問題:在驅動器輸入端設置啟動電壓限制電路及輸入欠壓保護電路。當輸入未達到驅動器設定的啟動電壓時,驅動器不工作;當輸入電壓降低到輸入欠壓保護點時,驅動器進入保護狀態。
因此,即使客戶測試過程中依然采用自偶調壓器的操作步驟,驅動器具備自我保護功能而不至于失效。但是客戶在測試之前一定要仔細了解所購的LED驅動器產品是否具備這項保護功能(考慮到LED驅動器的實際應用環境,目前多數LED驅動器不具有此項保護功能)。
 5.不同負載,測試結果不同
LED驅動器帶LED燈測試時,結果正常,帶電子負載測試時,結果就可能異常。通常這種現象有以下原因:
(1)驅動器的輸出瞬間電壓或功率超出電子負載儀的工作范圍。(尤其在CV模式下,最大測試功率不應超過負載最大功率的70%,否則加載時負載可能會瞬間過功率保護,導致驅動器無法正常工作或加載。)
(2)所用電子負載儀的特性不適用于測恒流源,出現負載電壓檔位跳變,導致驅動器無法正常工作或加載。
(3)因為電子負載儀的輸入內部都會有一個大的電容,測試就相當于在驅動器輸出并聯了一個大電容,可能導致驅動器的電流采樣工作出現不穩定。 因為LED驅動器設計就是為了符合LED燈具工作特性的,最接近實際與真實應用的測試方式應該是用LED燈珠作為負載,串上電流表及電壓表來測試。
 6.常發生的以下狀況會導致LED驅動器損壞:
 ·將AC接到了驅動器的DC輸出端;
 ·將AC接到了DC/DC驅動器的輸入或輸出;
 ·將恒流輸出端與調光線接到了一起;
·將相線接到了地線上,導致驅動器無輸出及外殼帶電;
7.相線接錯
通常戶外工程應用都是3相四線制,以國標為例,每個相線與零線間的額定工作電壓是220Vac,相線與相線間的電壓是380Vac。如果施工工人將驅動器輸入端接到兩根相線上,則通電后,LED驅動器輸入電壓超標導致產品失效。
如上圖所示,V1表示第一相電壓,V2表示第二相電壓,R1及R2分別表示正常安裝到線路中的LED驅動器。當線路上零線(N)如圖斷開時,兩個支路上的驅動器R1,R2相當于串聯后接到380Vac電壓上。因為輸入內阻差異,當其中一個驅動器充電到啟動時,內阻變小,電壓可能大部分加到另外一個驅動器上,導致其過壓損壞失效。
 因此建議同一配電支路上,開關或斷路器要一起斷,不能只斷開零線。配電保險絲不要放在零線上,線路上要避免零線接觸不良。
 8.電網波動范圍超出合理范圍
 當同一個變壓器電網支路配線太長,支路中有大型動力設備時,在大型設備啟停時,電網電壓會劇烈波動,甚至導致電網不穩。當電網瞬時電壓超過310Vac時有可能損壞驅動器(即使有防雷裝置也無效,因為防雷裝置是應對幾十uS級別的脈沖尖峰,而電網波動可能達到幾十mS,甚至幾百mS)。
因此,路燈照明支路電網上有大型電力機械時要特別注意,最好監測下電網波動幅度,或單獨電網變壓器供電。
9.線路頻繁跳閘
同一支路上的燈接得太多,導致某一相電上的負載過載,及各相之間功率分布不均,從而致使線路頻繁跳閘。
10.驅動器散熱
當驅動器安裝在非通風環境下,應該盡量將驅動器外殼與燈具外殼接觸,條件允許的話,在外殼與燈殼的接觸面上涂導熱膠或貼導熱墊,提高驅動器的散熱性能,從而保證驅動器的壽命及可靠性。
綜上所述LED驅動器在實際應用中有很多細節需要注意,很多問題都需要提前分析、調整,避免不必要的失效與損失!
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