提高LED路灯驱动电源可靠性的几个方法-200908(照明工程学报)
2009年8月第20卷增刊
照明工程学报
ZHAOMING GONGCHENG XUEBAO
Aug.2009
Vol.20Supplement
提高LED路灯驱动电源可靠性的几个方法
朱俊高张志华
（深圳晶辰电子科技股份有限公司，深圳518105）
摘要：近年来，LED在路灯照明方面得到广泛应用。但制约路灯寿命的关键并非LED，而是驱动电源，本文通过多年电源设计经验积累结合量产数据阐述了提高驱动电源可靠性的几个方法。
关键词：驱动电源；可靠性；方法
LED Street Lamp Drive to Improve the Reliability of Several Methods
Zhu Jungao Zhang Zhihua
（Shenzhen JEWEL electronic＆technology co.，LTD，Shenzhen518105）
Abstract
In recent years，LED lighting in the street lamps are widely used.However，the key factor of street lamp’s life is the led driver，not LED，the paper Give several ways to improve the reliability of led driver，through the years of designing experience combined with mass production.
Key words：LED driver；reliability；method
1引言
近年来，LED以其环保发光高效得到了广泛的应用，尤其在路灯照明方面更是风起云涌，异常火爆。就目前的发展来看，大家最为关心的是路灯的寿命问题，而现在无论是路灯还是模组厂都有一个共识，即路灯的寿命取决于驱动电源，99%以上的路灯故障都是由于驱动电源引起的。所以，本文旨在通过介绍提高可靠性的方法达到提高驱动电源寿命的目的。本公司长期从事大功率LED驱动电源、LCD电源、通讯电源研发和生产，7年以来，累计生产电源超过600万台以上，积累了丰富的经验。本文提出提高可靠性的几个方法是在通讯电源的高可靠性要求下和LCD电源的批量化，结合LED驱动电源实际验证的基础上提出的，具有应用价值。
2正文：提高LED路灯驱动电源可靠性的几种方法
2.1防水处理及导热胶的选择
路灯一般安装在室外，风吹雨淋自然难免，所以，做好防水工作是关键所在。目前大家通用的方式是灌胶，而胶导热系数的差异直接影响电源的散热效果，最终影响寿命。
选择导热胶的几个关键参数：
2.1.1耐寒及耐高温
一定要选择符合高耐寒要求的胶，否则可能因为在超低温下胶体开裂等失效现象。还需要考虑灌注胶温度对器件性能的影响，不能选用灌注温度过高的胶，建议灌注温度不超过150度。综合考虑，建议选用－40 +150?的高品质胶。
2.1.2电气绝缘性能
胶体的绝缘等级需要符合要求。
2.1.3导热性能
灌胶导热系数的高低对电源散热影响很大，以下是几种不同导热系数胶的实测温度参数：（以某品牌的导热胶为例）
导热系数内部关键器件温度平均值外壳温度
1.08047
1.27644
1.57141
输入电压：100VAC，输出48V@3A，环境温度：25度
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由此可见良好的散热系数可以降低器件温升，从而增加器件寿命，提高驱动电源的可靠性。
2.1.4阻燃性能
需选用具有较高阻燃性能的灌胶，如果路灯电源在使用时发生着火将严重威胁到行车安全。需满足UL94V－0标准。
2.1.5固化收缩率
需要选择低固化收缩率的胶，固化收缩率过大的胶将导致元器件连接应力的过大，导致不良率上升，建议收缩率小于0.1%。建议2.2元件选择及关键器件的选择依据
元件的选取受路灯的使用条件决定，重点归结如下：
a.环境温度：－40－60?
b.MTBF：≥50，000
从路灯的使用环境和要求来看，驱动电源的元件必须采用工业等级芯片及器件。LED芯片技术已经日趋成熟和稳定，LED芯片在正确使用条件下的平均寿命已超过100，000小时，组成路灯的部件中唯有驱动电源的平均寿命最短，常规的大功率驱动电源平均寿命一般在30，000小时以下，可以说路灯的寿命在一定程度上取决于驱动电源，对驱动电源寿命影响最大的器件是电解电容。电解电容可以说是电源的关键核心器件，依据美国MIL标准，其平均寿命有比较准确的公式与算法，主要依据10度法则，电解实测纹波电流超过额定纹波电流的计算公式：
Lx=Lo*2（To－Tx）/10*2（－ΔT/5）
ΔT=5（IX/Iripple）2=5*［Ix/（Io*Fc）］2
电解实测纹波电流小于额定纹波电流的计算公式：
Lx=Lo*2（To－Tx）/10
Lx：理论电解寿命To：电解额定温度Tx：电解实际表面温度
Ix：实际纹波电流Io：额定纹波电流Fc：纹波系数
注意：1.建议所有额定参数降额至80%使用！
2.试验数据建议在环境温度50?条件下
测量。
因此，电解电容的选择是极其重要的，它在一定程度上决定了整个电源的使用寿命。除了选择经过验证、信赖度好的规格和品牌的电解电容外，对电源散热设计也有着很高的要求，这需要在提高整体效率的基础上精心设计散热结构。我们对LED路灯电源的电解电容选择已经形成规范化的验证试验和检测方法，并投入了大量高水准的电解电容验证和测试设备，来保证电容的长寿命。
2.3选择好的线路拓扑
目前主流市场需求的驱动电源功率在100W以下和110 250W2个档，根据拓扑原理，结合实际使用情况分析，建议根据使用功率范围不同而采用2种不同的拓扑结构。以下是2者的对比：
功率100W200W
拓扑
结构
FLYBACK LLC
特点
1.成本低
2.结构、控制简单
3.性价比高
4.适合小功率输出
1.效率高
2.EMI小
3.性价比高
4.适合中功率输出
不良率
0.12%0.14%
不良率为：不良数/百万台出货量
2.4低温环境下的可靠启动问题
我国北方的天气，在冬天温度会降低至零下，特别是东北地区会在零下20－30度，此时，将对驱动电源是一个严格的考验。必须特别关注2个问题：第一，电解电容在低温环境下容量下降，造成初级MOS管电流应力增加或者电压环路失控而导致驱动电源失效。
第二，为解决冲击电流的影响，初级回路通常采用串接热敏电阻的办法。热敏电阻一般选用负温度系数，因此在低温情况下，热敏电阻阻值会变得很大，使得驱动电源启动时，其上产生的压降过大而无法启动或反复启动。
参照下面热敏电阻的温度曲线图（此图1为25度时电阻为15欧，直径10，额定电流2A的热敏电阻曲线图）：
Vol.20增刊朱俊高等：提高LED 路灯驱动电源可靠性的几个方法
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图1热敏电阻的温度曲线图
由图2可见，该热敏电阻在温度为25度时电阻为15欧，而当温度降为－40度时，电阻增大为150欧。V =R*I ，则工作时所有的压降均会加在热敏电阻上，使得电源无法正常工作。
针对低温所带来的启动问题可由以下途径解决：1）启机和负载时间间隔必须大于100MS 。2）减小热敏电阻值为3欧以下。
3）正常工作时，采用可控硅或MOS 短接热敏的方案。如图2
：
图2
2.5
做好EMC 方面的防护
受室外、安装高度和使用条件的影响，路灯驱动电源很容易受到电磁干扰，特别是雷击干扰。为
此，驱动电源在设计阶段就要考虑这个问题，并且要达到一定的标准。
具体要求：要达到D 级防雷要求，通流量大于5，000A ，线线之间电压承受?6KV ，线地之间?6KV ，测试结果符合判据A ，即在试验过程中，直流输出范围应与正常服务条件一致：DC 输出电压的波动应在?10%内；试验过程中或结束后，驱动电源运行时不应
有告警，错误告警指示（电源故障、保护故障等）。通常采用的防雷方式为3+1型，如图3
：
图3
选择器件的标准：
a ）压敏电压大于输入最大电压的1.5倍。
b ）通流量大于5，000A.
c ）放电管电压大于输入最大电压1.5倍，通流大于5，000A ，阻抗大于5G 欧。
2.6
针对寿命的具体试验
为了验证以上可靠性方法的有效性，特别是电解电容算法的正确性，我们做了大量的试验，预期的寿命为：10000小时。试验电源50台，已运行时间6个月，老化环境温度50度，CV 模式满负载工作。现在拿出5台电源进行全面电性、功能、EMC 等测试，结果合格。取出电解电容，未发现鼓顶膨胀等现象，交由厂家分析，结果为容量、损耗角符合电容规格，衰减在正常范围内。
3
结论
以上提出的影响电源可靠性的几个关键方法，
来源于我公司长期从事家电领域和通讯领域的电源生产实践，经过数百万台产品验证，资料数据是从出货3年以后的产品中总结的。另外，针对LED 路灯驱动电源的特点我们进行了两年多的潜心研究，并做了相应的系列验证试验，从目前的数据来看，经过以上几个方面的严格管控来设计LED 路灯驱动电源，可靠性会有一个较好的保证。
参
考文献
［1］
姚其，陈大华.照明工程学报，
2009，2.