浅析LED驱动失效的原因

刘工在呢

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。
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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。
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  C  E" o- u. ]8 K- g5 N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。

" R& g# a& O3 O, s( [/ @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。

; f" D: q9 s5 ^! D, B( W) ^3 e2、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）。
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图1 负载vs环境温度的功率降额曲线

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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。

# m' A* s/ I  n1 l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。
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图2 负载vs输入电压的功率降额曲线

7 ~# o' M3 e7 r$ }, ]* m6 j# J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。
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6 s3 L3 ?! ~8 n" [  I) Q# g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
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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。

' Y9 u$ l0 i3 S# B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。

+ j* P7 M3 b9 L  o7 f% `" T4 x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。

8 P0 k; p( F; m/ M. c& q6 Q4、测试中失败
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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。
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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。
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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。

8 w  S) H+ H' l. y9 W' o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。
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- p7 Z( P( }! p% D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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5、不同负载，测试结果不同

9 W  Y2 F5 S; E' [6 _: I( X4 dLED驱动器带LED灯测试时，结果正常，带电子负载测试时，结果就可能异常。通常这种现象有以下原因：
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% n- l) L# H0 q3 t' e) ~" j（1）驱动器的输出瞬间电压或功率超出电子负载仪的工作范围。（尤其在CV模式下，最大测试功率不应超过负载最大功率的70％，否则加载时负载可能会瞬间过功率保护，导致驱动器无法正常工作或加载。）

（2）所用电子负载仪的特性不适用于测恒流源，出现负载电压档位跳变，导致驱动器无法正常工作或加载。

（3）因为电子负载仪的输入内部都会有一个大的电容，测试就相当于在驱动器输出并联了一个大电容，可能导致驱动器的电流采样工作出现不稳定。
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3 Q1 T' q* }1 x" _因为LED驱动器设计就是为了符合LED灯具工作特性的，最接近实际与真实应用的测试方式应该是用LED灯珠作为负载，串上电流表及电压表来测试。

4 _  V) k& u- {  E  b" c6、常发生的一下状况会导致损坏

& {$ `, m. O; Q将AC接到了驱动器的DC输出端，导致驱动器失效；

( t- r& K) @4 Q  N! a2 A将AC接到了DC／DC驱动器的输入或输出，导致驱动器失效；

将恒流输出端与调光线接到了一起，导致驱 动器失效；
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4 O( ]) P" ?2 x6 E将相线接到了地线上，导致驱动器无输出及 外壳带电；

4 |: M0 @" [/ |$ Y( @$ U* l7、相线接错

% ]$ J1 t5 u6 ^# z: X通常户外工程应用都是3相四线制，以国标为例，每个相线与零线间的额定工作电压是220Vac，相线与相线间的电压是380Vac。如果施工工人将驱动器输入端接到两根相线上，则通电后，LED驱动器输入电压超标导致产品失效。
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图3 零线开路图

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如图3所示，V1表示第一相电压，V2表示第二相电压，R1及R2分别表示正常安装到线路中的LED驱动器。当线路上零线（N）如图断开时，两个支路上的驱动器R1，R2相当于串联后接到380Vac电压上。因为输入内阻差异，当其中一个驱动器充电到启动时，内阻变小，电压可能大部分加到另外一个驱动器上，导致其过压损坏失效。因此建议同一配电支路上，开关或断路器要一起断，不能只断开零线。配电保险丝不要放在零线上，线路上要避免零线接触不良。

8、电网波动范围超出合理范围

当同一个变压器电网支路配线太长，支路中有大型动力设备时，在大型设备启停时，电网电压会剧烈波动，甚至导致电网不稳。当电网瞬时电压超过310Vac时有可能损坏驱动器（即使有防雷装置也无效，因为防雷装置是应对几十uS级别的脉冲尖峰，而电网波动可能达到几十mS，甚至几百mS）。 因此，路灯照明支路电网上有大型电力机械时要特别注意，最好监测下电网波动幅度，或单独电网变压器供电。

9、线路频繁跳闸

同一支路上的灯接得太多，导致某一相电上的负载过载，及各相之间功率分布不均，从而致使线路频繁跳闸。

7 E/ O& T, n9 m  F5 s7 H3 A10、驱动器散热

/ P7 E0 C9 V  v2 p4 e当驱动器安装在非通风环境下，应该尽量将驱动器外壳与灯具外壳接触，条件允许的话，在外壳与灯壳的接触面上涂导热胶或贴导热垫，提高驱动器的散热性能，从而保证驱动器的寿命及可靠性。
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综上所述LED驱动器在实际应用中有很多细节需要注意，很多问题都需要提前分析、调整，避免不必要的失效与损失！
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当同一个变压器电网支路配线太长，支路中有大型动力设备时，在大型设备启停时，电网电压会剧烈波动，甚至导致电网不稳