led知識(shí)，LED 燈具失效的解決方案

1.LED驅(qū)動(dòng)電源的故障解決方式

對(duì) LED 的電源進(jìn)行防雷、濾波電路的設(shè)計(jì)，并考慮關(guān)鍵元器件選用品質(zhì)較高的，拓展電路的功能，優(yōu)化電路參數(shù)，進(jìn)行電路的高低溫、絕緣耐壓、雷擊保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、短路／斷路的保護(hù)測(cè)試等。

2．優(yōu)化 LED 產(chǎn)品輸出結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)

 目前多數(shù) LED 燈具產(chǎn)品均采用10串多并的芯片組合模式，即使 LED 芯片有一組損壞，其他并聯(lián)回路的 LED 芯片也可以正常點(diǎn)亮，實(shí)現(xiàn)照明。

3.LED產(chǎn)品的過(guò)熱解決方案

  LED 產(chǎn)品特別是大功率集成芯片存在較大的發(fā)熱量，如不能及時(shí)予以散熱，會(huì)導(dǎo)致芯片的實(shí)際工作溫度較高，超出其工作溫度范圍。 LED 的光衰或其壽命直接和其結(jié)溫有關(guān)，散熱不好結(jié)溫就高，壽命就會(huì)縮短，從Cree公司發(fā)布的光衰與結(jié)溫的關(guān)系圖（如圖1所示）來(lái)看，結(jié)溫如果控制在65℃，那么其光衰至70％的壽命可以高達(dá)10萬(wàn)小時(shí)。遺憾的是，現(xiàn)在 LED 燈具的實(shí)際散熱效果與這個(gè)要求相差太多。

 LED 發(fā)熱的原因是所加入的電能并沒(méi)有全部轉(zhuǎn)化為光能，而是有一部分轉(zhuǎn)化為熱能。除去芯片內(nèi)部的熱輻射和傳導(dǎo)外，芯片的散熱經(jīng)由以下途徑。

圖1 光衰與結(jié)溫的關(guān)系

1)LED 芯片到鋁基PCB板

在 LED 芯片焊接到鋁基 PCB 板上時(shí)，應(yīng)保持芯片底部的散熱部 位與PCB 的銅箔保持嚴(yán)密接觸，在這其中涂覆一些導(dǎo)熱膠并用手將芯 片壓緊在鋁基板上，然后焊接芯片的引腳。鋁基 PCB 板的主要作用為 熱傳導(dǎo)，將芯片發(fā)出的熱量迅速地傳導(dǎo)到散熱器上。

2)鋁基板與散熱器的配合

對(duì)于大功率 LED 產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，鋁基板的面積較大，在組裝時(shí)更應(yīng)注 意保持鋁基板與散熱器的密切接觸，在涂覆導(dǎo)熱膠后，通過(guò)螺釘壓緊 固定。但如果散熱器的表面出現(xiàn)凹凸不平，就會(huì)形成空氣隙，而空氣 隙的熱阻會(huì)很大，所以必須用導(dǎo)熱膠來(lái)填充空隙，但選用的導(dǎo)熱膠流 動(dòng)性要好，否則由于涂抹不均勻仍然會(huì)產(chǎn)生氣隙。導(dǎo)熱膠的另一個(gè)缺 點(diǎn)就是本身的粘行不足以把鋁基板固定在散熱器上，所以在實(shí)際使用 中應(yīng)使用螺釘擰緊固定鋁基板。

3)散熱器的散熱外形與散熱設(shè)計(jì)

散熱的意思就是把熱量從散熱器表面散發(fā)到空氣中去。熱量的散發(fā)有兩種途徑：對(duì)流和輻射。這兩種情況都要求散熱器有較大的表面積，現(xiàn)在多數(shù)散熱器均設(shè)置成鰭片形式。對(duì)于散熱器來(lái)說(shuō)，除了加大散熱面積外，如何加速空氣的對(duì)流也是很重要的，尤其是 LED 路燈這類(lèi)安裝在室外的燈具更為重要。由于室外的風(fēng)向是不定的，為了在各種風(fēng)向情況下都有很好的對(duì)流，最好采用針狀鰭片散熱。

4) LED 過(guò)熱的電路保護(hù)

  在 Led 照明中，根據(jù)燈具應(yīng)用場(chǎng)合的不同可以采用不同的過(guò)熱保護(hù)模式，通常分為兩種：一種方式為達(dá)到溫度立即啟動(dòng)關(guān)斷保護(hù)，此種保護(hù)通常在一些道路交通信號(hào)燈上使用；另一種方式為一定溫度啟動(dòng)保護(hù)，進(jìn)行降電流驅(qū)動(dòng)，此種保護(hù)通常應(yīng)用于室內(nèi)照明、道路和隧道照明。

4.LED產(chǎn)品的過(guò)壓保護(hù)

   LED 作為一種半導(dǎo)體器件，主要參數(shù)有正向壓降 VF 、正向?qū)娏?IF 、發(fā)光效率。然而除了這些重要參數(shù)外，反向耐壓 VR 和最大反向漏電流 IR 卻往往被大家忽視。發(fā)光二極管具有與一般半導(dǎo)體二極管相似的輸入伏安特性曲線。當(dāng) LED 正常工作時(shí)，反向耐壓 VR 和最大反向漏電流 IR 這兩個(gè)參數(shù)可以不用關(guān)心，但是在電壓脈動(dòng)、驅(qū)動(dòng)電源開(kāi)關(guān)機(jī)、雷擊浪涌時(shí)，如果施加在 LED 兩端的電壓超出這兩個(gè)參數(shù)的標(biāo)稱(chēng)值，則使 LED 產(chǎn)生不可逆損傷并表現(xiàn)為光衰的主要原因。

  如圖2所示是正常的無(wú)反向保護(hù)二極管 LED 等效電路圖。如圖3所示是 LED 被反向損傷后的等效電路圖。由這兩個(gè)圖可見(jiàn)，當(dāng) LED 被反向電壓和電流損傷后，加到 LED 兩端的電流會(huì)有一部分流過(guò) Rx ，這一部分能量只用來(lái)發(fā)熱而不再發(fā)光，從而形成 LED 的光衰。并且當(dāng)損傷越嚴(yán)重， Rx 的電阻值越小，當(dāng) Rx 接近零歐姆時(shí)， LED表現(xiàn)為短路狀態(tài)，不再發(fā)光。

    圖2  正常的無(wú)反向保護(hù) 二極管LED 等效電路圖

     圖3 LED 被反向損傷后的 等效電路圖

為保護(hù) LED  不被擊穿損傷，在 LED  二極管的兩端并聯(lián)一個(gè)反向 保護(hù)二極管，如圖5-132所示是正常的反向保護(hù)二極管 LED 等效電路 圖。在LED  正常工作時(shí)，反向保護(hù)二極管不起任何作用；當(dāng)有反向感 應(yīng)電壓或脈沖電壓沖擊到LED  的負(fù)極時(shí)，可以通過(guò)反向保護(hù)二極管正 向?qū)?，吸收了此能量，保護(hù)了LED 不被反向擊穿。反向保護(hù)二極管 可以選用肖特基快速恢復(fù)二極管，其恢復(fù)時(shí)間為納秒級(jí)，其反向擊穿 電壓應(yīng)選擇不小于1.5倍的光源工作電壓 VF。 

圖4 正常的反向保護(hù)二極管LED 等效電路圖

綜上所述，盡管 LED 具有很高的理論壽命，但是在實(shí)際使用過(guò)程 中，受芯片、封裝、應(yīng)力等因素的影響,整燈的使用時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到所預(yù)期的理論值。為了確實(shí)提高 LED 燈具的質(zhì)量和可靠性，無(wú)論是在制造工藝上，還是在應(yīng)用層面上，都需要更進(jìn)一步的研究、探索和實(shí)踐。隨著 LED 技術(shù)的不斷發(fā)展，必定還會(huì)有新的問(wèn)題不斷浮現(xiàn)。但是只要能夠掌握 LED 失效的根本原因，就能在實(shí)踐中確實(shí)改善 LED 器件的性能，將這種新型光源推廣到應(yīng)用領(lǐng)域的前端，更好地服務(wù)于生產(chǎn)和生活。