LED城市亮化

市五色燈光工程有限公司

LED用于照明燈具目前存在的主要問題

來源:亮化工程作者:譚昭和網址:http://www.harmoniebien.com瀏覽數:855 

一 LED 做照明燈具目前存在的問題

  被稱為希望之光的 LED,從 1964 年發明至今,已發展到普及化照明的時代,其節能、環保、亮度高、功耗小、壽命長、耐沖擊等優點,前景極為廣闊;在室內照明的起步階段,還有其固有的缺點,主要表現在以下幾方面:

1 不一致性帶來的問題:

  理論上 LED 都是能發光的二極管,而實際上所有 LED 的電性能都是有差異的,每個廠家的生產工藝是不一致的,甚至相差很大,就是同一廠家的不同時間的工藝都是有差異的;不同廠家使用的半導體原材料的純度是有差 異的,這就使 LED 的發光強度與驅動電流是不完全相同、耐過電流能力和發熱的差異也就自然而然的不同了;封裝工藝和封裝材料的不同,使得整體的散熱能力是不一樣的,還有組合材料的熱彭脹與散熱的問題等。由此不難看出,LED 發光二極管在短期內仍存在個體之間的很大的差異,如果每個燈只用一個 LED,好控制。例如電視機、DVD 上的電源指示燈;而當我們用 LED 制作照明燈具時,就不是用單個的 LED,而是用多個、上百上千個 LED 成陣列接入電路,因 LED 的差異總有一個最先損壞,當有幾個壞掉時(通常是短路),會使電流增大而損壞其他的 LED。這就是不一致性帶的結果,也是制約其發展的因素之一。

2 驅動電路復雜的問題:

(1)、在電壓匹配方面,LED 不象普通的白熾燈泡,可以直接連接 220V 的交流市電。LED 是 2~3 伏的低電壓驅動,必須要設計復雜的變換電路,不同用途的 LED 燈,要配備不同的電源。

(2)、在電流供應方面, LED 的正常工作電流在18mA-20mA,供電電流小于15mA 時LED 的發光強度不夠,而大于 20mA 時,發生光衰而導致 LED 老化,同時發熱大增, 老化加快、壽命縮短,當超過 50mA 時會很快損壞,為了延長 LED 照明燈的使用壽命,常用集成電路電源、電子變壓器、分離元件電源等,大電流驅動時,要配大功率管或可控硅器

件,另加保護電路,要恒流、恒壓電路供電,這樣電源電路復雜,故障率、元件成本、生產成本、服務成本都將升高。這就大大地限制了市場的 競爭力與購買群體。


二 LED   照明電路的特點:

A、多 LED 燈的串、并聯矩陣結構;

B、不需要控制亮度;

C、LED 的電流在一定范圍變化不會明顯影響照度;

D、LED 損壞的原因多是電流過大,超過 50mA,較小的電壓變化引起較大的電流變化。所以控制過電流即可,這為電路的簡化提供依據。


三 解決問題的方法:

  如果用 WHPTC 過流保護器 作保護,從原理可知,當電路的電流超過規定值時會訊速的自動保護,在排除故障后又自動復位,無需人工更換。對 LED 而言,電壓的變化不是 LED損壞的直接 原因,而電流的增大才是 LED 的真正殺手。利用這個特性,在 LED 的電路保護上具有絕對的優勢,讓簡易電源供電變為現實。實踐證明,在 LED 電路出現故障 以前就有效保護了。如下圖可見,因有了 WHPTC 可省去恒流、恒壓電路,。器件成本、生產成本、服務成本都大大降低。也大大增加了產品的市場競爭力。




四 型號選擇:

  可選擇 WH6-XXX 到 WH250-XXX 的 20mA-到-15A 中的所需型號。對 LED 進行無損保護,延長壽命。例如:WH250-020 用在 220V、20mA 的 LED 電路中,當電流超過 40mA時,WHPTC 在 20 秒左右保護。

  專家指點:WHPTC 保護時,其續電流使 LED 繼續點亮,只是光暗而不是熄滅,這是其它保護電路不具備的優點,如果是干擾電流或電壓導致保護,則干擾過去后,LED 自動恢復正常點亮,而不需要人工更換或維修。


五 WHPTC   系列產品可用于下列的照明、裝飾、景觀等燈具的電路保護:

  各種 LED 日光燈、球泡燈、杯燈、吸頂燈、路橋燈、交通燈、隧道燈、護欄燈、空中探照燈、激光燈、投光燈、庭院燈、地埋、水底燈、墻角燈、地腳燈、幕墻燈、盒燈、迪吧燈、酒吧燈、地磚燈、廣場燈、節日燈、工藝燈、線條燈、氣車燈等 LED 燈。大功率 LED 技術的進步也使得設計階段的散熱考慮變得越來越重要。為了避免 LED 的加速老化,或者最壞情況的完全報廢,LED 本身不能過熱。

  一旦大功率LED的發熱效率高于發光效率,輸入功率產生熱而不發光的比例就非常高。所以,在設計階段就必須考慮采用良好的散熱來保證 LED 工作可靠,并且允許它在更高的環境溫度下也能夠工作。而在選擇 LED 驅動電路時,則必須考慮器件的散熱。

  確保 LED 芯片不致過熱的一個重要指標就是正向電流。在 實際使用中,經常將工作電流設置在一個很低的水平,以確保即使在很高的環境溫度下 LED 也不至于過熱。然而,如果 LED 的工作電流與溫度不相關,就會帶來一個很大的問題:當溫度過高時,LED 的工作條件就超出了其規范的要求。此外,在 很低的溫度下,供給 LED 的電流會極大地低于最大允許電流。


六 LED   驅動電路中的熱敏電

  因此,人們希望控制 LED 的 驅動電流并使之降低 LED 額定工作條件。某些價格昂貴的 LED 驅動 IC 可以實現這種功 能,它采用內部或外部的溫度傳感器來感知溫度并進行反饋控制。而我們則希望通過在 LED 驅動電路中采用 PTC 熱敏電阻來提供一種簡單的方法。

它具有如下優 點。

● 在室溫的情況下,正向電流是增加的。

● 由于減少了 LED 的數量,所以成本可以降低。此外,可以采用價格低廉的驅動 IC,或者甚至也可以采用不具有集成溫度管理功能的驅動電路。

● 可以設計一個不需要 IC 控制,但仍能夠根據環境溫度調整 LED 工作電流的電路。

● 也可以采用低成本的 LED,只是需要降低額定工作條件和提供更小的安全裕量。

● 如果增加過熱保護功能,LED 的可靠性會得到提高。

● 在散熱方面也可以采用散熱器(片)等方法。


 使用 WHPTC 前后的拓撲結構比較圖





  淺談 LED 產品老化 我們在應用 LED 時經常會出現這樣種問題,LED 焊在產品上剛開始的時候是正常工作的,但點亮一段時間以后就會出現暗光、閃動、故障、間斷亮等現象,給產品帶來嚴重的損害。引起這種現象的原因大致有:

1.應用產品時,焊接制程有問題,例如焊接溫度過高焊接時間過長,沒有做好防靜電工作等,這些問題 95%以上是封裝過程造成。

2.LED 本身質量或生產制程造成。 預防方法有:

1.做好焊接制程的控制。

2.對產品進行老化測試。

  老化是電子產品可靠性的重要保證,是產品生產的最后必不 可少的一步。LED 產品在老化后可以提升效能,并有助于后期使用的效能穩定。LED 老化測試在產品質量控制是一個非常重要的環節,但在很多時候往往被忽 視,無法進行正確有效的老化。LED 老化測試是根據產品的故障率曲線即浴盆曲線的特征而采取的對策,以此來提高產品的可靠性,但這種方法并不是必需的,畢 竟老化測試是以犧牲單顆 LED 產品的壽命為代價的。

LED 老化方式包括恒流老化及恒壓老化。恒流源是指電流 在任何時間都恒定不變的。有頻率的問題,就不是恒流了。那是交流或脈動電流。交流或脈動電流源可以設計成有效值恒定不變,但這種電源無法稱做「恒流源」。 恒流老化是最符合 LED 電流工作特征,是最科學的 LED 老化方式;過電流沖擊老化也是廠家最新采用的一種老化手段,通過使用頻率可調,電流可調的恒流源進 行此類老化,以期在短時間內判斷 LED 的質量預期壽命,并且可挑出很多常規老化無法挑出的隱患 LED。 有效防止高溫失靈-PTC 熱敏電阻用作 LED 限流器 近年來,發光二極管(簡稱 LED)的發展已取得巨大進步:已從純粹用作指示燈發展為光輸出達 100 流明以上的大功率 LED。不久之后,LED 照明的成本將 降至與傳統冷陰極熒光燈(簡稱 CCFL)類似的水平。這使得人們對 LED 的下述應用興趣日濃: 汽車照明燈、建筑物內外的 LED 光源、以及筆記本電腦或電視機 LCD 屏的背光。 大功率 LED 技術的發展提高了設計階段對散熱的要求。就像所有其它半導體一樣,LED 不能過熱,以免加速輸出的減弱,或者導致最壞狀況:完全失效。與白熾 燈相比,雖然大功率 LED 具有更高效率,但是輸入功率中相當大的一部分仍變成熱能而非光能。因而,可靠的運作就需要良好的散熱,并要求在設計階段就考慮高 溫環境。 設計 LED 驅動電路尺寸時,也必須考慮溫度因素:必須選擇其正向電流,以確保即使環境溫度達到最高值,LED 芯片也不會過熱。隨著溫度的升高,就需要 通過降低最高容許電流,即降低額定值,來實現降溫。LED 制造商把降額曲線納入其產品規格中。


  有關此類曲線,參見圖 1




  利用無溫度依賴性的電源運行 LED 存在弊端:在高溫區域內,LED 則超出規格范圍運行。此外,當處于低溫區域時,照明源就由明顯低于最大容許電流(參見圖 1 紅色曲線)的電流供電。如 圖 1 的綠色曲線所示,通過 LED 驅動電路中的正溫度系數熱敏電阻(簡稱 PTC熱敏電阻)來控制 LED 電流是一個重大改進。