LED灯具设计及应用时导致失效的具体原因分析

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。

作为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：

1、未考虑LED灯珠Vf变化范围，导致灯具效率低，甚至工作不稳定

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，在原因恒定电流时，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。

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。

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。

2、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）。

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。

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。

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。

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

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。

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。

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。

4、测试中失效

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。

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。

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。

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。

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）。

5、不同负载，测试结果不同

LED 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：

（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。

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。

6、常发生的以下状况会导致LED驱动器损坏：

（1）将 AC 接到了驱动器的 DC 输出端，导致驱动器失效；

（2）将 AC 接到了 DC/DC 驱动器的输入或输出，导致驱动器失效；

（3）将恒流输出端与调光线接到了一起，导致驱动器失效；

（4）将相线接到了地线上，导致驱动器无输出及外壳带电；

7、相线接错

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。

如上图所示，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。

10、驱动器散热

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。

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！
来源；led网