在LED照明设计过程中需考虑哪些因素.doc
《在LED照明设计过程中需考虑哪些因素.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《在LED照明设计过程中需考虑哪些因素.doc(10页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、在LED照明设计过程中需考虑哪些因素LED照明技术在工业和商业应用中的进步需要低成本,坚固耐用且可靠的电源,以便在极端条件下提供长使用寿命。为了实现这些目标,必须了解所有组件的可靠性和寿命特性,并在设计过程中采用适当的考虑因素。气体放电照明多年来一直是商业和工业环境中的主要照明技术。然而,LED照明现已成为一个重要的竞争对手。 LED照明的两个主要优点是使用寿命长,维护成本低。随着更多系统在世界各地推出,这些优势证明了它们的价值,灯后面的电子驱动器必须可靠并且能够运行多年。 LED驱动器设计需要平衡许多妥协,但一个不良的元件选择可能会在现场造成灾难性后果。图1:商用LED照明系统的元件(系统寿
2、命= 50,000小时)基于LED的照明系统由电源,LED发光器和灯具组成(图1)。系统的使用寿命取决于该系统中任何组件的最短寿命。电源由许多组件构成,每个组件都有自己的磨损机制和随之而来的寿命限制。图2给出了LED系统中主要元件寿命的细分。对于所有实际应用,控制器和其他半导体元件没有寿命限制。 LED系统的寿命主要由LED和电容器决定;本文将重点介绍这些组件。从表面上看,电解电容器的使用寿命似乎太短,无法用于任何专业应用。但是,额定寿命在最高工作温度下指定。如果电容器的工作电压明显低于最大额定值,则寿命会大很多倍。图2:决定LED系统寿命的主要因素。寿命和平均时间故障之间在考虑系统可靠性时,
3、寿命和平均故障间隔时间(MTBF)具有非常不同的含义。这些的常见类比是“浴缸”曲线。在浴缸开始时,故障率非常高。这些失败被称为“婴儿死亡率”失败。任何制造商的目标是确保在产品出厂前检测并筛选出所有婴儿死亡率故障。浴缸的长底是产品的使用寿命。在此期间的任何失败都被称为“流氓”失败。这一时期的失败率应该很低,并由MTBF定义。在浴缸的另一端,由于“磨损”故障的发生,故障率开始上升。磨损不一定是灾难性的失败 - 它可能是初始规格之外的组件参数的稳定漂移。在某一时刻,磨损故障的发生率超过了可接受的水平,系统的使用寿命已经达到。一个已知磨损机制的部件在一段时间后会出现故障的操作。但是,这并未说明服务期间
4、组件的可靠性。在磨损机构生效之前,该部件可以表现出示例性的可靠性水平。磨损机制的存在并不意味着组件必然是一个坏组件或技术 - 它只是一个适合目的的情况。对此的一个很好的例证是白炽灯和LED灯的比较白炽灯发生灾难性故障。另一方面,LED会随着时间的推移而减少光输出,而不是完全失效。寿命:产品满足规定操作限制的预期使用寿命例如,白炽灯泡1000小时的使用寿命超过1,000小时,灯丝断裂,产品(明显)不再符合操作要求例如,LED灯35,000小时寿命(L70)光输出在整个寿命期间会降低,直到35,000小时已减少到初始值的70超过35,000小时,LED仍可正常工作但性能下降MTBF:故障之间的设备
5、操作操作1台设备100,000小时或10,000台设备10小时会产生相同的故障预期LED照明灯具的MTBF等于所有单个组件的MTBF总和例如,白炽灯泡MTBF 100,000小时每十亿小时运行失败的时间(FIT)失败对于LED,寿命终止取决于光输出下降到初始指定水平百分比的小时数。MTBF完全不同,同样适用于白炽灯和LED灯。它是在使用寿命期间发生的随机或流氓故障级别,定义为任何单个设备发生故障的平均时间。对于单个灯泡,您可以在失败前等待100,000小时。这显然比寿命长得多,所以看起来似乎是无稽之谈。但是,如果您安装了100,000个灯泡,例如城市街道照明系统,那么您会发现每个小时都有一个灯
6、泡发生故障。 MTBF在大型系统或许多组件的组件方面具有重要意义。MTBF在设计LED驱动器等系统时的意义在于系统故障的概率是故障概率的总和。每个组件。简而言之,如果减少组件数量,系统将更加可靠。MTBF和使用寿命都会受到应用和使用的影响。这可以追溯到第二次世界大战和第一台破纪录的计算机Colossus的开发。该机器需要使用1,500个热电子阀,并且在首次提出时,该设计的批评者表示它将永远不会继续工作足够长时间来解码单个消息。其中一个阀门总会失效。然而,设计的支持者,名叫Tommy Flowers的工程师知道,如果你连续操作热离子阀门(即,从不关闭它们),它们将表现出长而可靠的寿命 - 事实证
7、明是这种情况。今天的灯泡也是如此。计算可靠性其中:R(t)作为时间函数的可靠性MTBF平均故障间隔时间,故障率故障数在1,000,000小时内预测T温度A,B经验常数组件的故障率和寿命随温度而变化。这一事实构成了部件降额的基础。故障率随温度的变化被称为“加速因子”,并且对于每种组件技术而言是不同的。图3显示了许多组件类型的故障率与温度的关系。曲线所基于的方程称为Arrhenius方程。它们最初用于计算化学反应速率随温度的变化。今天应用于电子元件的特性曲线主要基于经验数据这些曲线既可用于故障率,也可用于寿命预测,但必须记住,任何给定技术的故障率和寿命都有很大不同的加速因子。LED的寿命结束前面已
8、经注意到LED的寿命取决于光输出的下降。如图4所示。图3:故障率与温度的关系来源:MIL-HDBK-217F。电感器Tj - 热点温度晶体管N沟道和P-沟道Si FET,f = 400 MHzp=故障率 - 每百万小时故障T=温度系数图4:LED光输出随时间下降。ENERGYSTARSSL标准V.1.1规定了最低寿命流明维持率,L70 25,000小时住宅35,000小时商用为符合ENERGY STAR SSL标准V1.1.1,在商业应用中,LED灯必须至少排放70服务35,000小时后的原始指定光输出。如Arrhenius方程所示,寿命预测随温度而变化。因此,灯具制造商可以通过降低结温来延长
9、LED的预期使用寿命(图5)。图5:驱动电流对结温和使用寿命的影响。灯制造商可以通过以较低电流驱动LED或通过增加冷却来降低结温来延长预期使用寿命。相同的原理适用于电源中的所有组件。在LED之后,要关注的主要组件类型是电容器。电源设计人员可以使用几种不同的电容器技术,如图6所示。铝电解电容器在电子系统中应用非常广泛,因为它们成本低,每单位体积电容高,具有良好的纹波电流性能,可以承受瞬态过电压而不会发生灾难性故障。图6:不同电容器技术的比较。然而,近年来广泛宣传的电容器问题导致重大产品召回问题引起了人们的关注在长寿命系统中使用铝电解电容器的可行性。在谴责铝电解电容器之前,必须记住,替代技术没有完
10、全清洁的健康状况。钽和陶瓷电容器均表现出短路典型故障模式,这将始终阻止驱动器工作。陶瓷电容易受电压瞬变的影响。钽电容器具有有限的电压范围并且可能爆炸性地失效。铝电解电容器由于其结构而具有众所周知的磨损机制。电容器含有电解质,通常是水溶液中的硼酸或硼酸钠,以及各种糖或乙二醇和各种“秘密”成分。乙二醇的目的是限制电解液的蒸发,铝电解质的缺陷以及它们有限寿命的原因。但是要知道电容器的寿命特性(图7),可以延长使用寿命。通过降低工作温度来延长寿命。上述公式的影响是,在温度每降低10C,预期寿命就会翻倍。例如,在105C下额定工作5000小时的电容器在75C时的预期寿命为40,000小时。图7:铝电解电
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- LED 照明设计 过程 考虑 哪些因素
链接地址:https://www.31doc.com/p-3408155.html