優(yōu)化LED燈泡的工作壽命的關(guān)鍵

　以往的LED燈泡驅動(dòng)器都需要大量外接元件、高價(jià)的隔離元件，以及特殊的設計策略，以防止關(guān)鍵元件出現長(cháng)期老化問(wèn)題（如電解電容）?，F在，驅動(dòng)電路的整合使燈泡更容易產(chǎn)生可靠性問(wèn)題，如早期失效或使MTTF（平均無(wú)故障時(shí)間）率下降。

　　MTTF 是對首次出現故障時(shí)間的量度值，通常以電路中每種元件的FIT率（每10億小時(shí)故障率）計算得出。由于驅動(dòng)電路要將大交流電壓（100Vac/220V ac）降低到可為L(cháng)ED供電的一個(gè)dc電壓，因此出于安全考慮要做電氣隔離。

　　在典型的電氣隔離AC/DC轉換器中，會(huì )用一個(gè)分立的光隔離器（或光耦）提供從次級端到初級端控制器的反饋，它將一個(gè)電信號轉換為光信號，使該信號通過(guò)光障，然后再轉換回電信號（圖1）。因為光耦的FIT率高于半導體元件，因此就降低了整個(gè)電路的MTTF指標。

　　另外，由于老化的影響，光耦的電流傳輸率可能會(huì )隨時(shí)間和溫度而改變。這種變動(dòng)會(huì )影響到電源的回路穩定性，縮短LED驅動(dòng)電路的壽命。雖然很多LED燈和燈具可以工作在高的PCB溫度下，但設計者必須消除這些薄弱環(huán)節，才能獲得更長(cháng)的壽命。

　　圖2顯示了iWatt公司的初級端數字控制技術(shù)PrimAccurate.這種專(zhuān)利方案采用實(shí)時(shí)波形分析，通過(guò)隔離變壓器初級端來(lái)檢測LED電流，而不需要來(lái)自輸出端的直接反饋，同時(shí)保持了對LED串的嚴格恒流調節。

　　該技術(shù)的另一個(gè)好處是內部反饋回路補償，它簡(jiǎn)化了設計，減少了外接元件的數量，尤其是不需要光耦這種有最高FIT率的元件，提高了LED驅動(dòng)電路的可靠性，因此改善了燈泡的整體可靠性。

　　今天生產(chǎn)的LED燈泡還必須與家庭中現有的照明技術(shù)反向兼容。調光器提供了家居的氣氛照明，而LED照明做白熾燈替代品的一個(gè)好處就是可以方便地調光，比熒光燈更有效地符合白熾燈泡的特性。

　　不過(guò)，要支持調光功能，LED驅動(dòng)器需控制多個(gè)因素，包括調光器檢測、兼容性，以及光閃爍等。為了優(yōu)化照明系統的工作壽命，在與LED驅動(dòng)器一起使用調光器時(shí)，一個(gè)關(guān)注點(diǎn)是耐用性。

　　典型的A 型白熾燈泡是純阻性的。當用調光器來(lái)控制普通A型燈泡的亮度時(shí)，調光器上的負載也是純阻性的，通過(guò)調光器的是恒定電流，可以控制。

　　而LED驅動(dòng)器實(shí)際上是一個(gè)電流源，其輸入端對調光器來(lái)說(shuō)，有高的容性，在上電時(shí)，會(huì )出現一個(gè)巨大的浪涌電流為容性負載充電，然后才穩定到一個(gè)低得多的電流水平。這個(gè)浪涌電流可能損壞標準調光器，必須減小這個(gè)電流，以避免損及調光電路的壽命。

　　調光器浪涌問(wèn)題的一個(gè)解決方法是采用一種兩級方案來(lái)驅動(dòng)LED,而不采用直接的反激轉換器方法，因后者有高的容性輸入阻抗。在兩級方案中，初級用于將阻抗提升到一個(gè)可控水平，從而降低浪涌電流，為調光器提供所需要的安全與保護。

　　iWatt公司的iW3616 LED驅動(dòng)器（圖3）就采用了兩級方案，它有一個(gè)雙重功能的初始升壓轉換器：首先，為調光器提供所需的負載阻抗，減少浪涌電流；其次，使輸入電流保持與電源電流相同的相位，以提高整個(gè)電路的功率因數。這種方案不僅能夠延長(cháng)調光器的壽命，而且也可以產(chǎn)生高的功率因數。iW3616中提供初級端控制的數字塊包含檢測算法，幾乎能與市場(chǎng)上所有現成調光器一起配合使用。同一算法還控制著(zhù)升壓轉換器，優(yōu)化電路的動(dòng)態(tài)輸入阻抗，以改善功率因數，并降低浪涌電流。

　　在優(yōu)化LED燈泡工作壽命時(shí)，還有一個(gè)同樣重要的考慮因素，這就是LED本身的預期壽命。與所有半導體元件一樣，LED的工作結溫越高，其預期壽命就越短。電解電容也有預期壽命，同樣取決于工作溫度。

　　一種方案是降低LED的額定驅動(dòng)電流，以及簡(jiǎn)單地用多只LED來(lái)產(chǎn)生特定的光輸出量，這樣單只LED上發(fā)熱較少，因此降低了結溫。這種方法可延長(cháng)燈泡工作壽命，但換得的是更高的方案成本，因為需要更多的LED.此外，它還無(wú)法適應外部因素，例如燈具的物理尺寸特性，發(fā)熱量可能超過(guò)預期。

　　另一種方法是優(yōu)化LED的最大電流，即設立一個(gè)最高結溫，超過(guò)則會(huì )觸發(fā)LED電流的下降，以避免老化?，F有數字LED驅動(dòng)控制器實(shí)現了一個(gè)兩級保護機制，設計者用一只外接器件就可以設定最高LED溫度。LED結附近放一個(gè)NTC（負溫度系數）電阻做溫度監測器。NTC電阻連接到LED驅動(dòng)IC上，用溫度反饋器件來(lái)保護LED.

　　圖3中的iW3616采用了一只NTC器件來(lái)保護LED燈泡中的LED.如果LED結達到了NTC元件所設定的最大溫度閾值，則控制器以10%的間隔減少LED電流，直到溫度穩定為止。如果溫度降下來(lái)了，則LED電流以相同的反向10%步長(cháng)，逐步回到其最大設定值，并有適當的遲滯量以防止振蕩。如果發(fā)生重大故障事件，失效恢復模式可將通過(guò)LED的電流降低到預設輸出電流的1%.這種過(guò)熱保護結構為L(cháng)ED燈泡提供了設計的靈活性，極端工作條件下仍會(huì )為燈泡提供完全的保護，設計者不必再擔心這類(lèi)問(wèn)題。

　　LED已經(jīng)發(fā)展到成本與光輸出可與其它競爭方案相匹敵的階段，LED照明正在努力地成為家居白熾照明的實(shí)用替代品。這一新技術(shù)的成功關(guān)鍵是驅動(dòng)器的實(shí)現。要確保LED真正具有號稱(chēng)的長(cháng)工作壽命，除了設計人員都在努力優(yōu)化的效率和成本參數以外，其它因素也非常關(guān)鍵，如溫度、調光控制與可靠性等。