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1、LED失效分析及解决方案一、高效照明LED产品的市场良好中国是照明产品的生产和消费大国，节能灯、白炽灯产量均居世界首位，2010年白炽灯产量和国内销量分别为38.5亿只和10.7亿只。据测算，中国照明用电约占全社会用电量的12%左右，如采用高效照明产品替代白炽灯，节电效益明显。2011年11月7日，国家发改委、商务部、海关总署、国家工商总局、国家质检总局联合印发关于逐步禁止进口和销售普通照明白炽灯的公告，决定从2012年10月1日起至2016年9月30日，按功率大小分阶段逐步禁止进口和销售普通照明白炽灯。采用高效照明产品替代白炽灯，推动了高效照明产品的普及应用和全社会照明节电意识的普遍提高，促
2、进了半导体照明技术的快速发展及半导体照明产品的推广应用。二、LED产品特点作为高效照明的LED产品，作为一种固态的半导体冷光源，有传统光源所不具备的多种优点，总结起来有以下几项：1、高节能相同照明效果下比传统光源可节能60%以上； 2、长寿命LED光源是固体冷光源，环氧树脂封装，灯体内也没有松动的部分，不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰等缺点，特别是最近出现的LED芯片倒装工艺的，在LED封装时实现了无金线封装，更是增加了其抗机械冲击能力，使用寿命可达5万小时以上，比传统光源寿命长10倍以上；3、利于环保LED是一种绿色光源，环保效益更佳。光谱中没有紫外线和红外线，热量低和无频闪，无辐射，而且废
3、弃物可回收，没有污染不含汞元素，属于典型的绿色照明光源；4、方便组合用于照明的LED单颗功率目前在0.03W3W之间，可以通过非常简单的合理串联和并联实现任意功率等级的照明产品；5、色彩丰富对于要求有色彩变换的场合，红绿蓝三色的LED可以通过功率的配比实现任意颜色。相比传统灯具用滤光片的方法要灵活，并且传统灯具在使用滤光片时更会产生大量的光损，而LED只是调节三色的比例，所以LED在节能上更具优势。三、LED产品失效原因分析常规LED驱动电源的损坏来自于输入电源的过电冲击、负载端的短路故障以及元器件的性能选择不合理造成。输入电源的过电冲击往往会造成驱动电路中的芯片、电容等元器件的击穿损坏，负载
4、端的短路故障则可能引起驱动电路的过电流驱动，驱动电路中会出现短路损坏货有短路故障导致的过热损坏。以上这几方面的原因都会造成LED芯片无法驱动，造成LED灯具熄灭，但通常不会造成LED产品的损坏。排除掉LED驱动电源的故障原因，LED的长寿命是基于其安全的工作环境，对LED产品来说，光衰和死灯是目前其失效最主要的两种模式，死灯现象在大功率的户外路灯、隧道灯、投光灯灯出现的几率更高。对LED照明来讲，过电冲击（LED上施加的电流超过该LED技术数据手册中的最大额定电流，包括过压引起的冲击）和过热损伤（工作温度超过额定温度范围）两个原因是造成光衰和死灯的主要原因，这些损坏可以表现为LED器件的立即失
5、效，也可能发生在一段时间后失效，缩短了LED工作寿命。四、LED灯具产品失效的解决方案1、LED驱动电源的故障解决方式对LED的电源进行防雷、滤波电路的设计，并考虑关键元器件选用品质较高的元器件，拓展电路的功能，优化电路参数，进行电路的高低温、绝缘耐压、雷击保护、过流保护、短路/断路的保护测试等。2、优化LED产品输出结构网络现多数LED灯具产品均采用10串多并的芯片组合模式，即使LED芯片有一组损坏，其它并联回路的LED芯片也可以正常点亮，实现照明。3、LED产品的过热解决方案 LED产品特别是大功率集成芯片存在较大的发热量，如不能及时予以散热，会导致芯片的实际工作温度较高，超出其工作温度范
6、围。LED的光衰或其寿命是直接和其结温有关，散热不好结温就高，寿命就会缩短，从cree公司发布的光衰与结温的关系图（下图）来看，结温如果控制在65，那么其光衰至70%的寿命可以高达10万小时。遗憾的是，现在LED灯具的实际散热效果与这个要求相差太多。图1 光衰与结温的关系LED发热的原因是因为所加入的电能并没有全部转化为光能，而是有一部分转化为热能。除去芯片内部的热的辐射和传导外，芯片的散热经由以下途径：（1）LED芯片到铝基PCB板在LED芯片焊接到铝基PCB板上时候，应保持芯片底部的散热部位与PCB的铜箔保持严密接触，在这其中涂覆一些导热胶并用手将芯片压紧在铝基板上，然后焊接芯片的引脚。铝
7、基PCB板的主要作用为热传导，将芯片发出的热量迅速地传导到散热器上。（2）铝基板与散热器的配合对于大功率LED产品来说，铝基板的面积较大，在组装时更应注意保持铝基板与散热器的密切接触，在涂覆导热胶后，并通过螺钉压紧固定。但如果散热器的表面出现凹凸不平，就会形成空气隙，而空气隙的热阻会很大，所以必须用导热胶来填充空隙，但选用的导热胶流动性要好，不然的话，由于涂抹不均匀仍然会产生气隙，可能比不用还坏。导热胶的另一缺点就是本身的粘行不足以把铝基板固定在散热器上，所以在实际使用中应使用螺钉拧紧固定铝基板。（3）散热器的散热外形与散热设计散热意思就是把热量从散热器表面散发到空气中去。热量的散发有两种途径
8、：对流和辐射。这两种情况都要求散热器有较大的表面积，现多说散热器均设置成鳍片形式。对于散热器来说，除了加大散热面积外，如何加速空气的对流是很重要的，尤其是LED路灯这类安装在室外的路灯更为重要。由于室外的风向是不定的，为了在各种风向情况下都有很好的对流，最好采用针状鳍片散热。（4）LED过热的电路保护在LED照明中，根据灯具应用场合的不同可以采用不同的过热保护模式，通常分为两种：一种方式为达到温度立即启动关断保护，此种保护通常在一些道路交通信号灯上使用；另一种方式为一定温度启动保护，进行降电流驱动，此种保护通常应用于室内照明和道路、隧道照明。4、LED产品的过压保护LED作为一种半导体器件，主
9、要参数有正向压降Vf、正向导通电流If、发光效率等，这其中有两个平时常被忽视的参数即反向耐压Vr和最大反向漏电流Ir两个参数。如下图2所示为LED工作的电流与电压（I-V）特性图。发光二极管具有与一般半导体二极管相似的输入伏安特性曲线，下面分别对图中所示的各段进行说明：（1）OA段：正向死区VA为开启LED发光的电压，红色（黄色）LED的开启电压一般 0.20.25V，绿色（蓝色）LED的开启电压一般为0.30.35V。 （2）AB段：工作区在这一区段，一般是电流随电压增加而增加，亮度也随之增大，但要注意的是如果不加任何保护，当正向电压增加到一定值后，其正向电压会减小，而正向电流会加大。如果没
10、有保护电路，LED会因电流增大而被烧坏。（3）OC段：反向死区给LED加反向电压它是不会发光的（即不工作的），但有反向电流，这个反向电流通常很小，一般为几A，最大不超过10A。（4）CD段：反向击穿区 LED的反向电压一般不要超过10V，最大不得超过15V。超过这个电压，就会出现反向击穿，导致LED报废。图2 LED工作的电流与电压（I-V）特性图当LED正常工作时，反向耐压Vr和最大反向漏电流Ir这两个参数是可以不用关心，但是在电压脉动、驱动电源开关机、雷击浪涌时，如果施加在LED两端的电压超出这两个参数的标称值，是LED产生不可逆损伤并表现为光衰的主要原因。图3正常的无反向保护二极管LED
11、等效电路图。图4是LED被反向损伤后的等效电路图。由图可见，当LED被反向电压和电流损伤后，加到LED两端的电流会有一部分流过Rx，这一部分能量只用来发热而不再发光，从而形成LED的光衰。并且当损伤越严重，Rx的电阻值越小，当Rx接近零欧姆时，LED表现为短路状态，不再发光。 图3 正常的无反向保护二极管LED等效电路图图4 LED被反向损伤后的等效电路图为保护LED不被击穿损伤，在LED二极管的两端并联一个反向保护二极管，图5是正常的带反向保护二极管LED等效电路图。在LED正常工作时，反向保护二极管不起任何作用；当有反向感应电压或脉冲电压冲击到LED的负极时，可以通过反向保护二极管正向导通，吸收了此能量，保护了LED不被反向击穿。反向保护二极管可以选用肖特基快速恢复二极管，其恢复时间为纳秒级，其反向击穿电压应选择不小于1.5倍的光源工作电压Vf。图5正常的带反向保护二极管LED等效电路图
