開關電源廠對LED驅動電源失效分析
相對于LED光源來說，LED驅動電源的結構更復雜，需要權衡的地方會更多，使得LED驅動電源往往比LED光源先失效。據統計，整燈失效中超過80%的原因是電源出現了故障。導致LED驅動電源失效的原因很多，可歸納為以下幾大類。
1、電子元器件老化
包括電阻、電容、二極管、三極管、LED、連接器、IC等器件開路、短路、燒毀、漏電、功能失效、電參數不合格、非穩定失效等各種失效問題。
2、PCB質量問題
包括PCB、PCBA潤濕不良、爆板、分層、CAF、開路、短路等等各種失效問題。
3、LED電源散熱不良
驅動電路由電子元件組成，少數元件對溫度非常敏感。如電解電容，通行的電解電容壽命估算公式為“溫度每降低10度，壽命增加一倍”，散熱不良很可能導致其壽命大大縮短，提前失效，致使LED電壓出現故障，燈具失效。尤其是對于內置式電源(放在整燈內的電源)，發熱量大的電源會增加整燈的導熱、散熱壓力，LED的溫度將升高，其光效和壽命將大大降低。所以在設計LED電源時，就應該重視其自身的散熱問題。因此在開始設計燈具初期進行評估，電源的設計同步進行，就能解決以上問題。在設計中要綜合考慮LED的散熱和電源的散熱，整體控制燈具的升溫，這樣才能設計出較好的燈具。
4、電源設計中的問題
(1)功率設計。雖然LED光效高，但是還有80%～85%的熱能損耗，致使燈具內部有20～30K的溫升，如果室溫在25℃，燈具內部則有45～55℃，電源長時間在高溫環境下工作，要保證壽命就必須加大功率裕量，一般留存1.5～2倍的裕量。
(2)元件選型。燈具內部溫度在45～55℃時，電源內部溫升還有20℃左右，則元件附件的溫度要達到65～75℃。有些元件在高溫時參數會漂移，甚至壽命會縮短，所以器件要選擇能在較高溫度下長時間使用的，還要特別注意電解電容和導線。
(3)電性能設計。開關電源針對LED的參數設計，主要是恒流參數，電流的大小決定LED的亮度，如果批量電流誤差較大，則整批燈的亮度不均勻。而且溫度的變化也能致使電源輸出電流偏移。一般批量誤差控制在±5%以內，才能保證燈的亮度一致，LED的正向壓降有偏差，電源設計的恒流電壓范圍要包含LED的電壓范圍。多個LED串聯使用時，最小壓降乘以串聯數量為下限電壓，最大壓降乘以串聯數量為上限電壓，電源的恒流電壓范圍要比這個范圍稍寬些，一般上下限各留1～2V裕量。
(4)PCB布板設計。LED燈具留給電源的尺寸較小(除非電源是外置的)，所以在PCB設計上要求較高，要考慮的因素也較多。安全距離要留夠，要求輸入和輸出隔離的電源，一次側電路和二次側電路要求耐壓1500～2500VAC，在PCB上至少要留夠3mm的距離。如果是金屬外殼的燈具，則整個電源的布板還要考慮高壓部分和外殼的安全距離。如果沒有空間保證安全距離就要利用其他措施保證絕緣，比如在PCB上打孔、加絕緣紙、灌封絕緣膠等。另外布板還要考慮熱量均衡，發熱元件要均勻分布，不能集中放置，避免局部溫度升高。電解電容遠離熱源，減緩老化，延長使用壽命。
5、雷擊損壞
雷擊是一種常見的自然現象，特別是在雨季尤為常見。其所帶來的危害和損失全球每年以千億美元來計。雷擊分為直接雷擊和間接雷擊，間接雷主要包括傳導雷和感應雷。由于直接雷所帶來的能量沖擊非常大，破壞力極強，一般電源是無法承受的，故這里主要討論的是間接雷型。
雷擊所形成的浪涌沖擊是一種瞬態波，屬于瞬變干擾，可以是浪涌電壓，也可以是浪涌電流。沿著電源線或其他路徑(傳導雷)或通過電磁場(感應雷)而傳送至電源線路。其波形特征是先快速上升然后慢慢下降。這種現象會對電源產生致命的影響，其產生的瞬間的浪涌沖擊遠遠超出一般電子器件的電性應力，導致的直接結果是電子元件損壞。
6、電網電壓超出電源負荷
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310 VAC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微秒級別的脈沖尖峰，而電網波動可能達到幾十毫秒，甚至幾百毫秒)。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，或者由單獨電網變壓器供電。
7、焊點失效
電源封裝主要涉及PCB板與元器件之間的連接工序，其中焊點扮演者重要的角色。焊點的主要作用是實現電子元器件與基板(LED電源中針對的是PCB板)的機械連接和電氣連接，焊點質量嚴重影響著器件的可靠性。焊點失效一方面來自于生產裝配中的焊接故障，如焊料橋連、虛焊、空洞、曼哈頓現象。另一方面是在服役過程中，當環境溫度變化時，由于元器件與PCB板存在熱膨脹系數差，在焊點內產生熱應力，應力的周期性變化會造成焊點的疲勞損傷，最終導致疲勞失效。
1、電子元器件老化
包括電阻、電容、二極管、三極管、LED、連接器、IC等器件開路、短路、燒毀、漏電、功能失效、電參數不合格、非穩定失效等各種失效問題。
2、PCB質量問題
包括PCB、PCBA潤濕不良、爆板、分層、CAF、開路、短路等等各種失效問題。
3、LED電源散熱不良
驅動電路由電子元件組成，少數元件對溫度非常敏感。如電解電容，通行的電解電容壽命估算公式為“溫度每降低10度，壽命增加一倍”，散熱不良很可能導致其壽命大大縮短，提前失效，致使LED電壓出現故障，燈具失效。尤其是對于內置式電源(放在整燈內的電源)，發熱量大的電源會增加整燈的導熱、散熱壓力，LED的溫度將升高，其光效和壽命將大大降低。所以在設計LED電源時，就應該重視其自身的散熱問題。因此在開始設計燈具初期進行評估，電源的設計同步進行，就能解決以上問題。在設計中要綜合考慮LED的散熱和電源的散熱，整體控制燈具的升溫，這樣才能設計出較好的燈具。
4、電源設計中的問題
(1)功率設計。雖然LED光效高，但是還有80%～85%的熱能損耗，致使燈具內部有20～30K的溫升，如果室溫在25℃，燈具內部則有45～55℃，電源長時間在高溫環境下工作，要保證壽命就必須加大功率裕量，一般留存1.5～2倍的裕量。
(2)元件選型。燈具內部溫度在45～55℃時，電源內部溫升還有20℃左右，則元件附件的溫度要達到65～75℃。有些元件在高溫時參數會漂移，甚至壽命會縮短，所以器件要選擇能在較高溫度下長時間使用的，還要特別注意電解電容和導線。
(3)電性能設計。開關電源針對LED的參數設計，主要是恒流參數，電流的大小決定LED的亮度，如果批量電流誤差較大，則整批燈的亮度不均勻。而且溫度的變化也能致使電源輸出電流偏移。一般批量誤差控制在±5%以內，才能保證燈的亮度一致，LED的正向壓降有偏差，電源設計的恒流電壓范圍要包含LED的電壓范圍。多個LED串聯使用時，最小壓降乘以串聯數量為下限電壓，最大壓降乘以串聯數量為上限電壓，電源的恒流電壓范圍要比這個范圍稍寬些，一般上下限各留1～2V裕量。
(4)PCB布板設計。LED燈具留給電源的尺寸較小(除非電源是外置的)，所以在PCB設計上要求較高，要考慮的因素也較多。安全距離要留夠，要求輸入和輸出隔離的電源，一次側電路和二次側電路要求耐壓1500～2500VAC，在PCB上至少要留夠3mm的距離。如果是金屬外殼的燈具，則整個電源的布板還要考慮高壓部分和外殼的安全距離。如果沒有空間保證安全距離就要利用其他措施保證絕緣，比如在PCB上打孔、加絕緣紙、灌封絕緣膠等。另外布板還要考慮熱量均衡，發熱元件要均勻分布，不能集中放置，避免局部溫度升高。電解電容遠離熱源，減緩老化，延長使用壽命。
5、雷擊損壞
雷擊是一種常見的自然現象，特別是在雨季尤為常見。其所帶來的危害和損失全球每年以千億美元來計。雷擊分為直接雷擊和間接雷擊，間接雷主要包括傳導雷和感應雷。由于直接雷所帶來的能量沖擊非常大，破壞力極強，一般電源是無法承受的，故這里主要討論的是間接雷型。
雷擊所形成的浪涌沖擊是一種瞬態波，屬于瞬變干擾，可以是浪涌電壓，也可以是浪涌電流。沿著電源線或其他路徑(傳導雷)或通過電磁場(感應雷)而傳送至電源線路。其波形特征是先快速上升然后慢慢下降。這種現象會對電源產生致命的影響，其產生的瞬間的浪涌沖擊遠遠超出一般電子器件的電性應力，導致的直接結果是電子元件損壞。
6、電網電壓超出電源負荷
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310 VAC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微秒級別的脈沖尖峰，而電網波動可能達到幾十毫秒，甚至幾百毫秒)。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，或者由單獨電網變壓器供電。
7、焊點失效
電源封裝主要涉及PCB板與元器件之間的連接工序，其中焊點扮演者重要的角色。焊點的主要作用是實現電子元器件與基板(LED電源中針對的是PCB板)的機械連接和電氣連接，焊點質量嚴重影響著器件的可靠性。焊點失效一方面來自于生產裝配中的焊接故障，如焊料橋連、虛焊、空洞、曼哈頓現象。另一方面是在服役過程中，當環境溫度變化時，由于元器件與PCB板存在熱膨脹系數差，在焊點內產生熱應力，應力的周期性變化會造成焊點的疲勞損傷，最終導致疲勞失效。
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