隨著LED路燈在全國各個(gè)省市推廣普及應(yīng)用，LED路燈的可靠性成為路燈設(shè)備制造商及使用者關(guān)心的問題。目前LED路燈的理論壽命通常在3～5萬小時(shí)，但使用一段時(shí)間后部分燈具會(huì)出現(xiàn)光衰或不亮等現(xiàn)象。LED路燈失效所涉及的技術(shù)問題很多，但大致可歸結(jié)為路燈的可靠性問題。本文針對(duì)LED路燈的可靠性問題進(jìn)行分析并提出解決方案，供從事LED路燈設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的人員參考。

　　一、 可靠性的定義

　　可靠性是產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。產(chǎn)品的可靠性與外界環(huán)境的應(yīng)力狀態(tài)和對(duì)產(chǎn)品功能的需求密切相關(guān)。理解產(chǎn)品的可靠性可從兩個(gè)角度出發(fā)，一是產(chǎn)品的層次結(jié)構(gòu)，是指需要根據(jù)產(chǎn)品各層次特點(diǎn)開展相應(yīng)的可靠性工作;二是產(chǎn)品的全壽命周期，是指在需求分析、總體設(shè)計(jì)、分項(xiàng)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)、試驗(yàn)、使用、維修維護(hù)等過程都需開展相應(yīng)的可靠性工作。

　　二、 LED路燈可靠性模型

　　按照產(chǎn)品的層次結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品的系統(tǒng)層次、裝置層次、部件層次和零件層次都分別有相應(yīng)的可靠性工作內(nèi)容，即產(chǎn)品不同層次的可靠性影響因素和薄弱環(huán)節(jié)各有特點(diǎn)，需要分別開展相應(yīng)的可靠性工作。影響LED路燈可靠性的主要因素包括器件的種類和數(shù)量、額定工作電參數(shù)和電應(yīng)力、額定工作溫度和環(huán)境溫度、元器件的質(zhì)量等級(jí)和品質(zhì)保證等級(jí)、器件的降額特性和熱敏感特性、器件的儲(chǔ)存可靠性等。本文主要討論LED路燈系統(tǒng)主要包含的LED模塊、驅(qū)動(dòng)電源模塊、散熱器和連接引線等四部分，出現(xiàn)問題后的解決方案。在分析之前了解LED路燈的可靠性模型對(duì)LED路燈可靠性的深入研究有所幫助。

　　產(chǎn)品的可靠性模型是指從可靠性觀點(diǎn)出發(fā)，依照系統(tǒng)各單元間存在的功能邏輯關(guān)系，用框圖將這種關(guān)系表達(dá)出來。基本的可靠性模型只有串聯(lián)模型和并聯(lián)模型兩種。

　　串聯(lián)結(jié)構(gòu)模型指的是在構(gòu)成系統(tǒng)的單元中，只要有一個(gè)發(fā)生故障，該系統(tǒng)就發(fā)生故障的結(jié)構(gòu)。

　　其可靠性數(shù)學(xué)模型為：

　　R總=R1×R2×R3×R4×…×Rm

　　并聯(lián)結(jié)構(gòu)模型指的是只有當(dāng)所有分系統(tǒng)都出現(xiàn)故障時(shí)該系統(tǒng)才發(fā)生故障的結(jié)構(gòu)。

　　其可靠性數(shù)學(xué)模型為：

　　F總=F1×F2×F3×F4×…×Fm;

　　R總=1-F總

　　LED路燈的可靠性數(shù)學(xué)模型為：

　　R總=R電×R連×R模×R散

　　R表示單元在某一時(shí)段正常運(yùn)行的概率;F表示單元某一時(shí)段失效的概率。

　　目前絕大部分的LED路燈的可靠性模型都是串聯(lián)模型(如圖1)。

　　三、 提高LED路燈可靠性的解決方案

　　提高產(chǎn)品可靠性大概包括幾個(gè)步驟，一是使用中總結(jié)分析或通過試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)在可靠性上的薄弱環(huán)節(jié);二是研究分析導(dǎo)致這些薄弱環(huán)節(jié)的主要內(nèi)外因素;三是針對(duì)分析得到的問題原因，在技術(shù)上、組織上采取相應(yīng)的改進(jìn)措施，并定量地評(píng)定和驗(yàn)證其效果;四是完善系統(tǒng)的制造工藝和生產(chǎn)組織。整燈可靠性主要由電源、連接引線、LED模塊和散熱外殼四個(gè)組成部件的可靠性決定，以下分別探討各環(huán)節(jié)的解決方案。

　　1. 驅(qū)動(dòng)電源是LED路燈可靠性中的關(guān)鍵因素。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，目前有70%～80%的LED路燈失效由電源失效引起。至于電源失效的原因及其失效機(jī)理本文暫不作探討，僅簡要介紹提高電源可靠性的方法：

　　(1) 簡化設(shè)計(jì)：優(yōu)化驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)，合理設(shè)計(jì)電路，電路越簡單越可靠。

　　(2) 降額設(shè)計(jì)：降低施加在電子元器件、零部件的電應(yīng)力和熱應(yīng)力，以降低電子元器件、零部件的故障率，提高電源可靠性。

　　(3) 熱設(shè)計(jì)：改變電源的散熱條件，減少溫度對(duì)電源的影響。

　　(4) 電源質(zhì)量管控：在生產(chǎn)和采購電源的時(shí)候，可抽取一定樣品量的電源置于高溫箱內(nèi)，同時(shí)監(jiān)測(cè)電源的輸出參數(shù)，測(cè)試時(shí)間和溫度條件根據(jù)電源的使用條件而定。

　　2. 連接引線：其失效主要表現(xiàn)為線材老化、連接耦合器失效、連接焊點(diǎn)失效。線材老化的主要原因是線材長期暴露在外受到紫外光照射和酸雨腐蝕等，應(yīng)盡量避免燈具的連接引線裸露在外，或使用橡膠線等材質(zhì)的線材。連接耦合器除長期受到紫外光照射、酸雨腐蝕等外部原因外，內(nèi)部引腳間隙不足也是造成耦合器失效的原因。連接焊點(diǎn)故障主要原因是焊點(diǎn)過厚、過粗降低其機(jī)械強(qiáng)度或焊錫的材料在高溫下氧化等;應(yīng)改善工藝并盡量避免焊點(diǎn)處受力、使用不易氧化過的焊錫。

　　3. LED模塊：由于模塊設(shè)計(jì)技術(shù)的成熟，LED模塊可靠性較為穩(wěn)定。在設(shè)計(jì)LED模塊時(shí)應(yīng)根據(jù)企業(yè)自身需求選取適當(dāng)?shù)目煽啃阅Ｐ停ㄗh盡量采用混聯(lián)模型設(shè)計(jì)，即由串聯(lián)和并聯(lián)混合組成的模型以提高模塊的可靠性。

　　4. 散熱外殼：散熱水平影響LED芯片和電源散熱及其壽命，以下三點(diǎn)需加以注意。

　　(1) 散熱外殼設(shè)計(jì)要避免因?yàn)槊烙^而增加塑料外殼，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示增加塑料外殼可導(dǎo)致整燈外殼溫度增加20K。

　　(2) 在設(shè)計(jì)散熱外殼的時(shí)候盡量把LED電源置于外部，盡量避免把電源封閉于電源腔內(nèi)部，造成電源的熱積累，降低電源的可靠性和使用壽命。測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，置于電源腔內(nèi)的電源工作環(huán)境溫度可達(dá)60℃。

　　(3) 需要分析LED路燈的散熱路徑，不要把電源置于路燈的散熱路徑上，否則會(huì)影響LED電源的散熱。

　　采取相應(yīng)措施后需進(jìn)行相關(guān)測(cè)試對(duì)措施進(jìn)行評(píng)估。可參照GJB 899A-2009 《可靠性鑒定與驗(yàn)收試驗(yàn)》內(nèi)容并結(jié)合LED路燈的實(shí)際使用條件來設(shè)計(jì)測(cè)試條件。

　　四、 結(jié)論

　　產(chǎn)品可靠性可通過設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過程及管理來提高。提高產(chǎn)品可靠性，必須將其納入整個(gè)產(chǎn)品壽命周期內(nèi)，尤其在產(chǎn)品研制階段，利用可靠性工程技術(shù)，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行嚴(yán)密的監(jiān)控，才能達(dá)到預(yù)期可靠性。當(dāng)產(chǎn)品的系統(tǒng)可靠性出現(xiàn)問題后，可以采用系統(tǒng)的分析方法尋究原因，并有針對(duì)性地進(jìn)行整改并鑒定合格后，可靠性便得以提升。

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