影響LED路燈壽命的關(guān)鍵問(wèn)題

文章來(lái)源:恒光電器

發(fā)布時(shí)間:2013-10-17

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 隨著led照明技術(shù)的快速發(fā)展,，在國(guó)內(nèi)的許多城市，道路照明已經(jīng)不乏LED路燈的身影,。尤其是大功率led器件的光效超過(guò)100lm/W以后,，LED路燈作為道路照明的發(fā)展趨勢(shì)已經(jīng)得到普遍認(rèn)同。2009年,，國(guó)內(nèi)幾個(gè)城市分別組織了LED道路照明產(chǎn)品的評(píng)估測(cè)試工作,，大多數(shù)LED路燈產(chǎn)品在配光曲線、系統(tǒng)光效等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)方面進(jìn)步顯著,，在道路照明標(biāo)準(zhǔn)的符合性,、節(jié)能效果等方面已經(jīng)達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的要求。

　　盡管LED路燈技術(shù)水平的發(fā)展較快,，但是大多數(shù)LED路燈廠商在產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程中忽略了在寒地應(yīng)用環(huán)境下的特殊技術(shù)要求,。一個(gè)普遍的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)是：LED在寒冷地區(qū)應(yīng)用有利于散熱，不容易發(fā)生故障,。殊不知，寒冷應(yīng)用環(huán)境下,，LED球泡燈,，對(duì)LED路燈有著更為嚴(yán)格的技術(shù)要求,，主要有以下兩個(gè)方面：第一，LED照明品牌,，寒冷地區(qū)氣溫較低,，且溫差大，驟變的冷熱沖擊和長(zhǎng)期低溫工作對(duì)于器件有著更為嚴(yán)格的質(zhì)量要求,。第二,，在寒冷地區(qū)應(yīng)用的LED路燈必須要考慮防止冰凌凝結(jié)的預(yù)防措施。

　　鑒于上述原因,，LED路燈在寒冷地區(qū)的推廣應(yīng)用,，需解決以下幾個(gè)方面的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

　　一,、冷熱沖擊的溫度變化可能引起LED器件的失效

　　由于led芯片封裝后,，屬于固態(tài)的實(shí)心器件，存在著芯片,、硅膠(或樹(shù)脂),、金屬支架以及引線之間膨脹系數(shù)的失配現(xiàn)象，加上寒冷地區(qū)溫差較大的冷熱沖擊影響,，會(huì)使硅膠在溫度變化的過(guò)程中,，設(shè)計(jì)，膨脹和收縮加劇,，器件內(nèi)部應(yīng)力過(guò)大,，這將導(dǎo)致LED引線鍵合點(diǎn)位移增大，引線過(guò)早疲勞和損壞,。同時(shí)也會(huì)使原本鍵合狀態(tài)較差的焊點(diǎn)出現(xiàn)脫焊的可能,，而造成焊球和芯片電極脫焊的現(xiàn)象，甚至使LED芯片出現(xiàn)分層脫落的失效現(xiàn)象,。

　　一盞LED路燈應(yīng)用的LED器件多達(dá)上百顆,，通常采用以串聯(lián)為主的混聯(lián)組態(tài)方式，如果一顆LED發(fā)生故障,，將會(huì)引起多顆LED連帶失效,，LED照明工程，因此應(yīng)用在寒冷地區(qū)的LED路燈首先要根據(jù)特定使用環(huán)境下的燈具溫度變化特性,，設(shè)置合理的超聲功率,、鍵合壓力、鍵合時(shí)間及鍵合溫度等封裝工藝參數(shù),，保證每一顆LED器件在低溫運(yùn)行環(huán)境下的可靠性,。

　　二、led驅(qū)動(dòng)裝置低溫運(yùn)行的可靠性保障

　　另一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)在于LED路燈驅(qū)動(dòng)裝置在低溫運(yùn)行環(huán)境下的可靠性問(wèn)題,。目前大多數(shù)LED路燈驅(qū)動(dòng)電源在寒地低溫環(huán)境下表現(xiàn)出不同類型的水土不服現(xiàn)象,，LED照明工程,，較為突出的表征是低溫?zé)o法正常啟動(dòng)和長(zhǎng)期低溫運(yùn)行環(huán)境下的失效率較高現(xiàn)象。上述問(wèn)題出現(xiàn)的主要原因在于驅(qū)動(dòng)電源在設(shè)計(jì)階段的器件選型沒(méi)有考慮低溫工作狀態(tài)的可靠性,，部分關(guān)鍵元器件低溫環(huán)境下的特性發(fā)生變化,，造成驅(qū)動(dòng)裝置無(wú)法低溫啟動(dòng)或正常運(yùn)行，引發(fā)故障的具體原因主要有以下四個(gè)方面：

　　第一,，開(kāi)關(guān)管在低溫條件下載流子的密度和活性都會(huì)降低,，過(guò)載保護(hù)的啟動(dòng)點(diǎn)也會(huì)因此降低；第二,，電解電容電解液在低溫下凍結(jié),，失去電容效應(yīng)(溶液中的離子此時(shí)只存在離子極化)，無(wú)帶載能力,；第三,，部分類型的光藕器件在低溫狀態(tài)下無(wú)法正常工作；第四,，輸入端防止浪涌電流的熱敏電阻,，在低溫下阻值變大(是常溫的3～5倍)，恒光,，也會(huì)造成低溫?zé)o法正常啟動(dòng),。

　　上述問(wèn)題的解決途徑主要是從選擇溫度特性更好的器件入手。例如,，不是所有的電解電容都無(wú)法在低溫下工作,，一般來(lái)講，200V以上的電解電容耐低溫特性較差,，LED照明品牌,，而160V以下的電解電容基本都能夠在零下40℃環(huán)境正常工作，只要選用兩個(gè)低壓電解串連使用就可以解決問(wèn)題,。器件選型的調(diào)整可能會(huì)略微提高驅(qū)動(dòng)裝置的成本,，但是從LED路燈的整體成本來(lái)看可以忽略不計(jì)，考慮到提高可靠性和降低維護(hù)成本的因素,，這種設(shè)計(jì)調(diào)整是非常必要和劃算的,。

　　三、LED路燈冰凌凝結(jié)危害的防護(hù)措施

　　路燈在寒冷地區(qū)推廣應(yīng)用非常容易被忽視的一個(gè)問(wèn)題就是由于冰雪在燈具表面堆積,，受熱融化后形成的冰凌,，恒光，冰凌一旦形成,，則會(huì)對(duì)車輛和行人產(chǎn)生非常大的安全隱患,。尤其是LED路燈，由于燈具殼體普遍采用鋁材,，表面的氧化鋁屬于親水性材料,，更容易產(chǎn)生冰凌凝結(jié),。2008年，我國(guó)南方大范圍雪災(zāi),，造成鋁制表面高壓導(dǎo)線大量冰凌凝結(jié)，壓塌損毀大量的電力設(shè)施,。這一災(zāi)害惡果不僅是氣候造成的,，氧化鋁表面的高壓線纜屬于親水性材料也是一個(gè)重要誘因。由于影響到道路交通的安全,，因此防止冰凌凝結(jié)是LED路燈在寒冷地區(qū)應(yīng)用必須考慮到的安全措施,。

　　為了解決這一關(guān)鍵技術(shù)，我們通過(guò)對(duì)覆冰體表面進(jìn)行顯微成像分析,，分析了水在物體表面結(jié)冰以及冰在物體表面可以牢固附著的原因,。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，僅僅采用疏水性能優(yōu)異的材料,，防止冰凌凝結(jié)的效果并不理想,，恒光電器,照亮您的生活，甚至水在某些材料表面可以凍得非常的結(jié)實(shí),。測(cè)試結(jié)果表明：冰可以附著在任何物體表面上,；物體表面上的裂縫和凹陷，恒光電器,，是冰可以牢固地粘附在物體表面上的另一個(gè)主要原因,；單純疏水性能好的材料，可以延緩結(jié)冰的過(guò)程,，卻無(wú)法阻止冰的形成,。

　　為了更為準(zhǔn)確地對(duì)比不同材料間防止冰凌凝結(jié)的能力，我們從不同角度深入研究了不同物件的表面結(jié)構(gòu),、表面物性與覆冰的內(nèi)在關(guān)系,，設(shè)計(jì)，包括：結(jié)構(gòu)外形與覆冰,、結(jié)構(gòu)材質(zhì)與覆冰,、表面光潔度與覆冰、表面剛?cè)嵝耘c覆冰,。研究結(jié)果表明：外形結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,、組織結(jié)構(gòu)緊密、表面防水,、疏水性能優(yōu)異的構(gòu)件,，不容易發(fā)生冰凌凝結(jié)。

　　以此試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),，我們連續(xù)幾年在冬季設(shè)立了不同外觀和外殼材料的LED路燈,，通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：凡是燈具外觀圓滑,、光潔、平整的,；沒(méi)有冰雪或水積存承載結(jié)構(gòu)的,；表面材料具備優(yōu)異疏水性能的LED路燈不會(huì)產(chǎn)生冰凌凝結(jié)。

　　我國(guó)寒冷地區(qū)大多處于高緯度地域,，氣候寒冷,、溫差較大，因此對(duì)LED道路照明產(chǎn)品的應(yīng)用帶來(lái)了新的挑戰(zhàn),。另一方面,，大多數(shù)寒冷地區(qū)年平均每天的照明時(shí)間長(zhǎng)于國(guó)內(nèi)平均水平，質(zhì)量,，故照明耗電也高于國(guó)內(nèi)平均水平,，LED照明工程，因此晝短夜長(zhǎng)的地域特點(diǎn)帶來(lái)了更多的led照明應(yīng)用需求,�,？傮w來(lái)看，LED照明工程,，LED照明產(chǎn)品的應(yīng)用既有挑戰(zhàn)又有機(jī)遇,。