基于LED照明驅動電路失效機理的原理和方法

(3)元器件使用失效

由于開關型驅動電路需要大電容來進行存儲電能，穩壓，而大電容一般使用鋁電解電容。鋁電解電容的失效率較其它元件高，而且由于變壓器和LED在使用時會產生熱量，這些熱量加劇電解電容的電解液的運動，縮短了鋁電解電容的正常使用年限。

(4)工作環境導致

目前，主流的LED驅動是使用交變電源作為電源輸入的，對于一些大功率的LED驅動電路，其變壓線圈會產生大量的熱量，由熱量而產生了LED失效的溫度應力。溫度應力的時間模型見下公式：

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其中M為溫度應力，T為溫度，t為時間。

可見，溫度應力隨時間和溫度呈指數式上升，電器使用時間越長，溫度應力就越大，由熱導致的失效率則越高。

3.2 線性調整型LED驅動電路失效分析

以圖1線性調整行LED驅動電路進行失效分析，線性LED驅動一上電瞬間，AC電源需要對驅動電路內部的電容電感進行充電，所以，上電瞬間會有一個比較大的電流通過熔絲和整流橋。由于Multisim仿真軟件只能仿真模擬量，對于環境熱量和濕度等均無法模擬。所以這次仿真只能從電參數這方面進行模擬。這里加入兩個失效因素，浪涌電壓和浪涌電流，對上文所述的線性LED驅動電路進行失效仿真，加入浪涌電壓之后電路運行情況的各個儀表參數。

由圖1所示內容，可以讀出各個儀表的值。

Vi=250V;Vo=29.934V;Vled=8.415V;

Iled=34.606mA.

經過多次仿真測試得出與正常情況下的LED驅動電路電參數對比見表1所示。

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從表1數據可以看出，當電網上電壓波動10%幅值，線性LED驅動電路的工作狀態就發生比較大的改變。從上圖，可以發現，由于采用了合適的穩壓電路，電網上的電壓波幅幾乎沒有影響到線性LED驅動電路的工作電壓。但是，其驅動電流卻發生了巨大變化，驅動電流較之正常輸入電壓增幅達4 0 %.這將導致LED超負荷工作，會減少LED燈珠的壽命，甚至可能會直接損毀燈珠。

3.3 開關型LED驅動電路失效分析

以圖2線性調整行LED驅動電路進行失效分析，在圖2仿真圖中，XSC2代表輸入的AC電源和整流之后的電壓比較。其中正弦波型為AC220V，通過全波整流之后，其電壓值Vimax≈311V，比較平穩的為整流之后的電壓。整流之后的電壓，從圖中的mark點讀出來的電壓為11.368V.低頻整流之后，電壓經過自激振蕩電路和高頻整流電路以及穩壓電路之后，輸出來的就是LED的驅動電壓了。

由于采用了穩壓管1 N 4 7 3 5 A，穩壓值為6.6V，所以LED驅動電壓理論值為6.6V.

從圖2讀出實際仿真的LED驅動電壓為一個6.64V的直流電壓。與理論相符。

經過多次仿真測試，可以讀出幾個儀表的參數分別為：

Vi=250V;Vo=12.3V;Vled=6.64V;

Iled=47.416mA;

與正常情況下的LED驅動電路電參數對比見表2所示。

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從表2可以看出，當電網上有浪涌電壓輸入時，開關型LED驅動電路，由于采用了良好的穩壓措施，驅動電路的電壓參量并未發生很大的變化，但是，LED的驅動電路變化交大，增幅達到100%.這將導致LED功率上升，使LED失效。

3.4 失效解決方案

經過前面幾個小節對LED驅動電路的仿真分析可以總結出以下幾個有效的LED失效解決方案：

(1)對于浪涌電流和電壓，可以在電源輸入給加上一個熔絲和一個PTC電阻。PTC電阻就是正溫度系數電阻。當電源輸入的初級電流有一個浪涌電流或者浪涌電壓輸入時，根據電阻的發熱公式Q=R*I^2*T，流經PTC電流或者電壓的增加勢必會增加PTC電阻的發熱量，從而是PTC電阻的阻值上升，使到電源輸入的初級功率有一部分消減在PTC電阻處，以保證電源的副邊輸出功率不變，保持電壓和電流的穩定。對于室外使用的LED驅動，還應該加入防雷保護措施。

(2)對于驅動器件的選擇，在成本范圍內，應該選用比較好的器件，尤其是電容。

而且，器件的最大電流電壓參數要保證是電路正常工作的額定值的2~3倍以上，具體參數具體選擇。以保證電路元器件有足夠的冗余來應付突變的電參量。

(3)同時，應該注意線路板的的布局，發熱量大的應該隔開布局，以減少熱量隊板子的影響。線路板應該注意要防潮、防濕。

在一些特定的環境下，還應做一些絕緣防潮的措施。

(4)對于開關型LED驅動電路，還應該防止EMI帶來的失效。可以通過加入X電容，共模電感、差模電感、低通濾波電路、屏蔽體等來消減EMI帶來的問題。

4.結論

本文在分析兩種典型LED驅動電路原理的基礎上，并分別對線性LED驅動電路和開關LED驅動電路進行了浪涌電壓影響下的失效仿真。從仿真結果中可以看出，浪涌電壓對LED驅動電源影響比較大。尤其是驅動電路這一部分。使LED驅動電流增大超過其最大正向導通電流，使LED燈珠失效。根據仿真分析結果，最終給出了合理的LED驅動電路的失效方案。