【摘要】通過(guò)對(duì)LED燈具的相關(guān)研究，總結(jié)分析了影響LED燈具壽命的主要因素，包括LED光源和驅(qū)動(dòng)電源等，并對(duì)提高LED燈具壽命的幾種有效途徑進(jìn)行了說(shuō)明，對(duì)提高LED燈具可靠性有很大的意義。

【關(guān)鍵詞】LED;可靠性;驅(qū)動(dòng)電源;散熱

1.引言

隨著LED技術(shù)的飛速發(fā)展，LED燈具已經(jīng)被人們廣泛認(rèn)可，發(fā)展?jié)摿薮?，但是，目前還存在著標(biāo)準(zhǔn)和檢測(cè)體系不完善的問(wèn)題，導(dǎo)致市場(chǎng)上LED燈具的質(zhì)量參差不齊，與理論上LED燈具的高可靠性有很大的差距，很大程度的限制了LED燈具更好的發(fā)展。本文主要對(duì)影響LED燈具的主要因素進(jìn)行分析，并對(duì)提高LED燈具壽命的途徑進(jìn)行了說(shuō)明。

2.影響LED燈具壽命的主要因素分析

LED燈具是由LED光源、驅(qū)動(dòng)電源、散熱部件以及透鏡組合而成。通過(guò)以3WLED球泡燈為樣品，在市場(chǎng)上選用多種品牌LED燈，進(jìn)行高溫老化實(shí)驗(yàn)和過(guò)流老化實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，目前市場(chǎng)上一部分燈具的壽命是由LED光源的光衰和色衰引起的，另一部分燈具的壽命是由驅(qū)動(dòng)電源的壽命決定，還有一小部分是由其他原因引起，如透鏡的損壞導(dǎo)致了LED燈具無(wú)法使用。

2.1 LED光源影響LED燈具壽命

對(duì)于LED光源本身，它的壽命非常長(zhǎng)，但是，LED光源總要裝在燈具中才能使用，LED單獨(dú)作用和LED在燈具中工作是有差距的[1]，從工作環(huán)境，電參數(shù)，熱參數(shù)等方面都是有差別的。經(jīng)過(guò)分析，LED光源的失效主要有以下幾種失效模式，這幾種失效模式中有任何一種失效模式出現(xiàn)，都會(huì)造成不同程度的LED失效，也可能同時(shí)引發(fā)其他的失效模式出現(xiàn)，進(jìn)而加劇LED的失效。

（1）過(guò)熱應(yīng)力失效：是由于LED內(nèi)部的溫度大于其額定工作值或由于LED周期性的熱量變化而引起的LED失效;

（2）封裝失效：是在LED生產(chǎn)或者封裝的過(guò)程中，由于方法不正確或其他原因而引起的LED失效;

（3）過(guò)電應(yīng)力失效：是由于LED工作中的瞬時(shí)過(guò)高電流或承受高于額定電流值的參數(shù)而引起的LED失效;

（4）芯片失效：是LED芯片本身的缺陷或其他因素造成芯片的失效。

對(duì)LED光源來(lái)說(shuō)，根據(jù)它的熱學(xué)性能分析，LED的電能中只有一小部分轉(zhuǎn)化為光能，還有大部分的電能要轉(zhuǎn)化為熱能，研究顯示，電能光能轉(zhuǎn)換的效率只有20%左右，還有大概80%的電能都轉(zhuǎn)化成熱能[2]。隨著工作溫度的上升，LED會(huì)產(chǎn)生光衰，從而導(dǎo)致失效。根據(jù)美國(guó)照明工程學(xué)會(huì)（IES）制定的LM-80標(biāo)準(zhǔn)顯示，LED光源的壽命是以光通量參數(shù)隨工作時(shí)間而衰減，通常情況，光通量衰減為初始值的70%時(shí)認(rèn)為壽命終結(jié)。

2.2 驅(qū)動(dòng)電源影響LED燈具壽命

對(duì)于LED燈具來(lái)說(shuō)，除了LED光源的光衰問(wèn)題是影響其壽命的重要參數(shù)之外，驅(qū)動(dòng)電源質(zhì)量的好壞也直接影響著LED壽命。驅(qū)動(dòng)電源在LED燈具中的作用如心臟一樣也是一個(gè)非常重要的部分，LED燈具不像其他照明產(chǎn)品可以直接使用市電工作，而是需要驅(qū)動(dòng)電壓在2-3V的范圍之內(nèi)才能驅(qū)動(dòng)，因此對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的要求很高，對(duì)于不同使用條件下的LED燈，需要配套各自適用的電源適配器。驅(qū)動(dòng)電源的壽命直接影響著LED整燈的壽命，尤其是驅(qū)動(dòng)電源中的關(guān)鍵器件的壽命直接影響驅(qū)動(dòng)壽命，如電解電容在高溫下壽命會(huì)大大縮短，在電解電容的工作中，由于電解液的作用導(dǎo)致陽(yáng)極金屬氧化膜不斷增厚，最終會(huì)使電容值C不斷下降，同時(shí)，隨著工作溫度及工作時(shí)間增加，電解電容中的電解液會(huì)不同程度的揮發(fā)，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)電源失效。在電子元器件中，通常有“十度法則”，即器件溫度每升高10℃，則器件的壽命將會(huì)縮短1/3到1/2，因此可以看出溫度對(duì)電子元器件影響較為顯著[3]。

對(duì)驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)一般要滿足以下幾點(diǎn)要求：

（1）工作穩(wěn)定：驅(qū)動(dòng)電源要與燈具的長(zhǎng)壽命特性相適應(yīng)，要求能長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作。

（2）轉(zhuǎn)化效率高：電源的效率高了，可以降低它的功耗，減少燈具內(nèi)部的發(fā)熱量，從而降低燈具的溫升。

（3）浪涌保護(hù)：LED抗浪涌的能力較差，特別是抗反向電壓能力較差，一定要重視驅(qū)動(dòng)電源的浪涌保護(hù)。

（4）保護(hù)功能：在異常狀態(tài)下，如LED開(kāi)路、短路、驅(qū)動(dòng)電路故障等，電路要對(duì)自身和LED起到良好的保護(hù)作用。

2.3 其他因素影響LED燈具壽命

除了LED光源的失效和驅(qū)動(dòng)電源的失效，還有一些其他因素對(duì)LED燈具壽命都有影響。如：透鏡在不同環(huán)境中容易受損或變形，導(dǎo)致LED燈具無(wú)法正常使用;封裝的不合理導(dǎo)致LED整燈結(jié)構(gòu)損壞，無(wú)法使用;防護(hù)措施不到位，使得潮濕、灰塵等因素對(duì)LED燈具的使用有很大影響。

3.提高LED燈具壽命的途徑

3.1 提高LED光源的壽命

（1）對(duì)封裝材料的質(zhì)量嚴(yán)格把關(guān)，如導(dǎo)電膠、硅膠、熒光粉、環(huán)氧、固晶材料、基座等。

（2）封裝結(jié)構(gòu)合理設(shè)計(jì)，比如不合理的封裝會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力、引起斷裂等。

（3）提高工藝技術(shù)，比如固化溫度、壓焊、封膠、裝片和時(shí)間等都要嚴(yán)格按照要求進(jìn)行。

3.2 提高驅(qū)動(dòng)電源的壽命

（1）選擇高品質(zhì)、長(zhǎng)壽命的電容是提高驅(qū)動(dòng)電源壽命的有效途徑。

（2）降低流過(guò)電容的紋波電流和工作電壓。

（3）提高電源驅(qū)動(dòng)的效率，降低元件的熱阻。

（4）做好防水處理等防護(hù)措施，同時(shí)要注重導(dǎo)熱膠的選擇。

3.3 解決好散熱問(wèn)題

溫度對(duì)LED照明產(chǎn)品的壽命影響很大，散熱設(shè)計(jì)的好壞是LED燈具壽命的一個(gè)關(guān)鍵因素。用同等質(zhì)量的芯片放入不同設(shè)計(jì)的燈具中，壽命相差很大，甚至能達(dá)到幾十倍，所以，一種燈具的設(shè)計(jì)成功與否，除光路系統(tǒng)以外，其散熱系統(tǒng)起著決定性作用。

對(duì)LED燈具的設(shè)計(jì)要求熱阻比較低[4]。LED散熱一般包括系統(tǒng)級(jí)散熱以及封裝級(jí)散熱，要降低燈具熱阻就必須同時(shí)考慮這兩種散熱，封裝級(jí)散熱是在LED光源生產(chǎn)的過(guò)程中通過(guò)對(duì)封裝材料、封裝結(jié)構(gòu)以及工藝水平的設(shè)計(jì)從而達(dá)到散熱的目的。在封裝散熱設(shè)計(jì)方面，目前主要存在的有硅基倒裝芯片結(jié)構(gòu)，金屬電路板結(jié)構(gòu)散熱，有固晶材料，環(huán)氧樹(shù)脂等材料散熱。系統(tǒng)級(jí)級(jí)散熱主要是通過(guò)對(duì)相關(guān)技術(shù)的研究，從而對(duì)散熱器進(jìn)行創(chuàng)新和改進(jìn)，隨著大功率LED的普及，功率也越來(lái)越大，目前，系統(tǒng)級(jí)散熱主要有熱電制冷散熱、熱管散熱和風(fēng)冷強(qiáng)制散熱等方法結(jié)構(gòu)。

解決好散熱問(wèn)題是提高LED燈具壽命的有效途徑，需要進(jìn)一步的研究和創(chuàng)新。

4.小結(jié)

面對(duì)市場(chǎng)上LED燈具質(zhì)量的問(wèn)題，結(jié)合相關(guān)實(shí)驗(yàn)，對(duì)影響LED燈具壽命的主要因素進(jìn)行了分析，主要存在LED光源引起的失效，LED驅(qū)動(dòng)電源引起的失效，還有一些其他因素引起的失效。最后對(duì)有效提高LED燈具壽命的幾種途徑進(jìn)行了說(shuō)明，對(duì)LED燈具壽命的提高以及質(zhì)量的保證有很大的意義。

參考文獻(xiàn)

[1]陳超中，施曉紅，等.LED燈具特性及其標(biāo)準(zhǔn)解析[J].中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化，2011.9.

[2]毛興武，毛涵月，王佳寧，等.LED照明驅(qū)動(dòng)電源與燈具設(shè)計(jì)[M].北京：人民郵電出版社，2011.5.

[3]毛昭祺，Marshall Miles，羅長(zhǎng)春，等.提高LED驅(qū)動(dòng)電源壽命和可靠性的方法[J].照明工程學(xué)報(bào)，2010.21（12）：38-40.

[4]周龍?jiān)?半導(dǎo)體照明封裝的熱量管理及失效分析研究[D].武漢：華中科技大學(xué)，2010.

基金項(xiàng)目：咸陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院基金項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2013KYA05）。

作者簡(jiǎn)介：魏嬌（1987—），陜西咸陽(yáng)人，碩士，助教，研究方向：光電子技術(shù)。