LED照明灯存在的问题和解决办法

LED照明灯存在的问题和解决办法一、LED做照明灯具目前存在的问题称为希望之光的LED,从1964年发明至今，已发展到普及化照明的时代，其节能、环保、亮度高、功耗小、寿命长、耐冲击等优点，前景极为广阔；在室内照明的起步阶段，还有其固有的缺点，主要表现在以下几方面：1、不一致性带来的问题：理论上LED都是能发光的二极管，而实际上所有LED的电性能都是有差异的，每个厂家的生产工艺是不一致的，甚至相差很大，就是同一厂家的不同时间的工艺都是有差异的；不同厂家使用的半导体原材料的纯度是有差异的，这就使LED的发光强度与驱动电流是不完全相同、耐过电流能力和发热的差异也就自然而然的不同了；封装工艺和封装材料的不同，使得整体的散热能力是不一样的，还有组合材料的热彭胀与散热的问题等。由此不难看出,LED发光二极管在短期内仍存在个体之间的很大的差异，如果每个灯只用一个LED，好控制。例如电视机、DVD上的电源指示灯；而当我们用LED制作照明灯具时，就不是用单个的LED，而是用多个、上百上千个LED成阵列接入电路，因LED的差异总有一个最先损坏，当有几个坏掉时(通常是短路)，会使电流增大而损坏其他的LED。这就是不一致性带的结果，也是制约其发展的因素之一。2、驱动电路复杂的问题：a.在电压匹配方面，LED不象普通的白炽灯泡，可以直接连接220V的交流市电。LED是2--3.伏的低电压驱动，必须要设计复杂的变换电路，不同用途的LED灯，要配备不同的电源。b.在电流供应方面，LED的正常工作电流在18mA-20mA，供电电流小于15mA时LED的发光强度不够，而大于20mA时，发生光衰而导致LED老化，同时发热大增，老化加快、寿命缩短，当超过50mA时会很快损坏，为了延长LED照明灯的使用寿命，常用集成电路电源、电子变压器、分离元件电源等，大电流驱动时，要配大功率管或可控硅器件，另加保护电路，要恒流、恒压电路供电，这样电源电路复杂，故障率、元件成本、生产成本、服务成本都将升高。这就大大地限制了市场的竞争力与购买群体。二、LED照明电路的特点：A、多LED灯的串、并联矩阵结构；B、不需要控制亮度；C、LED的电流在一定范围变化不会明显影响照度；D、LED损坏的原因多是电流过大，超过50mA，较小的电压变化引起较大的电流变化。所以控制过电流即可，这为电路的简化提供依据。三、解决问题的方法：如果用WHPTC过流保护器作保护，从原理可知，当电路的电流超过规定值时会讯速的自动保护，在排除故障后又自动复位，无需人工更换。对LED而言，电压的变化不是LED损坏的直接原因，而电流的增大才是LED的真正杀手。利用这个特性，在LED的电路保护上具有绝对的优势，让简易电源供电变为现实。实践证明，在LED电路出现故障以前就有效保护了。如下图可见，因有了WHPTC可省去恒流、恒压电路，。器件成本、生产成本、服务成本都大大降低。也大大增加了产品的市场竞争力。四、型号选择：可选择WH6-XXX到WH250-XXX的20mA-到-15A中的所需型号。对LED进行无损保护，延长寿命。例如：WH250-020用在220V、20mA的LED电路中，当电流超过40mA时，WHPTC在20秒左右保护。专家指点：WHPTC保护时，其续电流使LED继续点亮，只是光暗而不是熄灭，这是其它保护电路不具备的优点，如果是干扰电流或电压导致保护，则干扰过去后，LED自动恢复正常点亮，而不需要人工更换或维修。五、WHPTC系列产品可用于下列的照明、装饰、景观等灯具的电路保护：各种LED日光灯、球泡灯、杯灯、吸顶灯、路桥灯、交通灯、隧道灯、护栏灯、空中探照灯、激光灯、投光灯、庭院灯、地埋、水底灯、墙角灯、地脚灯、幕墙灯、盒灯、迪吧灯、酒吧灯、地砖灯、广场灯、节日灯、工艺灯、线条灯、气车灯等LED灯。大功率LED技术的进步也使得设计阶段的散热考虑变得越来越重要。为了避免LED的加速老化，或者最坏情况的完全报废，LED本身不能过热。一旦大功率LED的发热效率高于发光效率，输入功率产生热而不发光的比例就非常高。所以，在设计阶段就必须考虑采用良好的散热来保证LED工作可靠，并且允许它在更高的环境温度下也能够工作。而在选择LED驱动电路时，则必须考虑器件的散热。确保LED芯片不致过热的一个重要指标就是正向电流。在实际使用中，经常将工作电流设置在一个很低的水平，以确保即使在很高的环境温度下LED也不至于过热。然而，如果LED的工作电流与温度不相关，就会带来一个很大的问题：当温度过高时，LED的工作条件就超出了其规范的要求。此外，在很低的温度下，供给LED的电流会极大地低于最大允许电流。LED驱动电路中的热敏电阻因此，人们希望控制LED的驱动电流并使之降低LED额定工作条件。某些价格昂贵的LED驱动IC可以实现这种功能，它采用内部或外部的温度传感器来感知温度并进行反馈控制。而我们则希望通过在LED驱动电路中采用PTC热敏电阻来提供一种简单的方法。它具有如下优点。●在室温的情况下，正向电流是增加的。●由于减少了LED的数量，所以成本可以降低。此外，可以采用价格低廉的驱动IC，或者甚至也可以采用不具有集成温度管理功能的驱动电路。●可以设计一个不需要IC控制，但仍能够根据环境温度调整LED工作电流的电路。●也可以采用低成本的LED，只是需要降低额定工作条件和提供更小的安全裕量。●如果增加过热保护功能，LED的可靠性会得到提高。●在散热方面也可以采用散热器（片）等方法。使用WHPTC前后的拓扑结构比较图浅谈LED产品老化我们在应用LED时经常会出现这样种问题，LED焊在产品上刚开始的时候是正常工作的，但点亮一段时间以后就会出现暗光、闪动、故障、间断亮等现象，给产品带来严重的损害。引起这种现象的原因大致有：1．应用产品时，焊接制程有问题，例如焊接温度过高焊接时间过长，没有做好防静电工作等，这些问题95％以上是封装过程造成。2．LED本身质量或生产制程造成。预防方法有：1.做好焊接制程的控制。2.对产品进行老化测试。老化是电子产品可靠性的重要保证，是产品生产的最后必不可少的一步。LED产品在老化后可以提升效能，并有助于后期使用的效能稳定。LED老化测试在产品质量控制是一个非常重要的环节，但在很多时候往往被忽视，无法进行正确有效的老化。LED老化测试是根据产品的故障率曲线即浴盆曲线的特征而采取的对策，以此来提高产品的可靠性，但这种方法并不是必需的，毕竟老化测试是以牺牲单颗LED产品的寿命为代价的。LED老化方式包括恒流老化及恒压老化。恒流源是指电流在任何时间都恒定不变的。有频率的问题，就不是恒流了。那是交流或脉动电流。交流或脉动电流源可以设计成有效值恒定不变，但这种电源无法称做「恒流源」。恒流老化是最符合LED电流工作特征，是最科学的LED老化方式；过电流冲击老化也是厂家最新采用的一种老化手段，通过使用频率可调，电流可调的恒流源进行此类老化，以期在短时间内判断LED的质量预期寿命，并且可挑出很多常规老化无法挑出的隐患LED。有效防止高温失灵-PTC热敏电阻用作LED限流器近年来，发光二极管(简称LED)的发展已取得巨大进步：已从纯粹用作指示灯发展为光输出达100流明以上的大功率LED。不久之后，LED照明的成本将降至与传统冷阴极荧光灯(简称CCFL)类似的水平。这使得人们对LED的下述应用兴趣日浓：汽车照明灯、建筑物内外的LED光源、以及笔记本电脑或电视机LCD屏的背光。大功率LED技术的发展提高了设计阶段对散热的要求。就像所有其它半导体一样，LED不能过热，以免加速输出的减弱，或者导致最坏状况：完全失效。与白炽灯相比，虽然大功率LED具有更高效率，但是输入功率中相当大的一部分仍变成热能而非光能。因而，可靠的运作就需要良好的散热，并要求在设计阶段就考虑高温环境。设计LED驱动电路尺寸时，也必须考虑温度因素：必须选择其正向电流，以确保即使环境温度达到最高值，LED芯片也不会过热。随着温度的升高，就需要通过降低最高容许电流，即降低额定值，来实现降温。LED制造商把降额曲线纳入其产品规格中。有关此类曲线，参见图1。图1LED降频曲线利用无温度依赖性的电源运行LED存在弊端：在高温区域内，LED则超出规格范围运行。此外，当处于低温区域时，照明源就由明显低于最大容许电流(参见图1红色曲线)的电流供电。如图1的绿色曲线所示，通过LED驱动电路中的正温度系数热敏电阻(简称PTC热敏电阻)来控制LED电流是一个重大改进。这至少可以带来下列好处：*在室温下增加正向电流，从而增加光输出*因为可以减少LED使用量，所以可以使用价格较低的驱动集成电路(简称IC)乃至一个不带温度管理的驱动电路来节约成本*实现无需IC控制的驱动电路设计，此电路亦可使LED电流随温度改变*能够使用较便宜减额值较高安全裕量较小的LED*过热保护功能提高了可靠性*带散热片的热机械设计更为简单大多数LED用驱动电路形式具有一个共同点：即流经LED的正向电流是通过固定电阻进行设置(参见图2)。一般说来，流经LEDILED的电流取决于Rout，即ILED~1/Rout。由于Rout不随温度而变，因此LED电流也不受温度影响。将固定电阻换成随温度变化的电路，即可实现对LED电流的温度管理。下列图表阐明了如何使用PTC热敏电阻来改善标准电路。示例1：有反馈回路的恒流源图2中电路1为常用的驱动电路。其恒流源包括一条反馈回路。当调节电阻两端的反馈电压达到因IC而异的VFB时，LED电流就不变了。LED电流因而被稳定在ILED=VFB/Rout。图2LED的传统驱动方式图3所示为上一电路改良型：此电路借由PTC热敏电阻，生成随温度变化的LED电流。通过正确选择PTC热敏电阻、Rseries以及Rparallel，此电路与专用驱动IC和LED组合相匹配。其中，LED电流可经由下列方程式计算得出：图3所示电路阐明了LED电流(参见图3)的温度依赖性。与针对最高运行温度为60度的恒流源相比较，使用PTC热敏电阻后LED电流可在0度和40度之间提升达40%，并且LED亮度也能提高同等百分比。图3采用PTC热敏电阻的温度监测和电流降频示例2：调节电阻与LED无串联的恒流源图2所示电路2为另一常见的恒流源电路：电流通过连接驱动IC的电阻得以确定。然而在这种情况下，调节电阻并未与LED串联。Rset和ILED之间的比率由IC规格明确。因此，运用20kW的串联电阻和TLE4241G型驱动IC，最终产生的LED电流为30mA。图4所示为标准电路改良型，其中也含有一个PTC热敏电阻，尽管此处采用WHPTC热敏电阻。在感测温度，元件电阻可达4.7kW，且容许误差值为±5℃(标准系列)或±3℃(容许误差值精确系列)。图4所示为随外界温度而变化的LED电流。固定电阻Rseries容许误差范围小，在低温时支配总电阻。只有在低于PTC热敏电阻的感测温度大约15K时，由于PTC热敏电阻的阻值开始增加，电流才会开始下降。在感测温度(总电阻=Rseries+RPTC=19.5kW+4.7kW=24.2kW)时的电流大约为23mA。PTC电阻在温度更高时急剧上升，迅速引发断路，从而避免因温度过高出现故障。图4无分流测量之温度记录示例3：无IC简单驱动电路如图2所示电路3，LED也可在无驱动IC的情况下工作。图示电路是通过车用电池驱动单一200mALED。稳压器生成5V的稳定电源电压Vstab，以避免电源电压出现波动。LED在Vstab处运作，电流则通过与LED串联的电阻元件Rout决定。在这类电路中，通过下一则等式可算出独立于温度的正向电流，在此等式中，VDiode是一个LED的正向电压：另一做法是将WHPTC的径向引线式PTC热敏电阻以及两个固定电阻相组合后，替代上述固定电阻，如图所示。由于LED电流的绝大部分流经PTC热敏电阻本身，因此需要选择一个较大的径向引线式元件。PTC将因为流经电阻本身的电流而导致发热，因此会一直减少电流，无论环境温度为何(如图5所示)。并联两个或更多片式PTC热敏电阻会将电流分流，但此方案仍存