基于加速试验的led驱动电源寿命预测及对整灯寿命影响分析

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1、基于加速试验的LED驱动电源寿命预测及对整灯寿命影响分析第1章绪论1.1问题的提出与研究意义近些年来，随着半导体技术突飞猛进的发展，LED在照明方面所蕴藏的巨大优势逐渐被人们发掘出来。特别是在节能，环保和可靠性方面的突出表现，更是不容小觑。基于以上原因，LED在汽车照明、舞台背光、建筑装潢、信号照明等领域有着越来越广阔的应用空间[1-3]。LED的诸多优点使其占据的市场份额不断上升，并带来照明史上的第二次革命，越来越多的LED生产厂商意识到LED在未来照明工业存在巨大商机。因此针对LED高可靠性的特点，如何快速准确预测出LED产品的寿命及对其可靠性进行评估，从而反馈回生产过程，指导生产

2、工艺改进，进一步提高LED的可靠性，已经成为该领域备受关注的问题。加速试验正是为此类问题提供有效可靠性数据的一种试验方法，其基本思想是使产品在比正常使用条件更加严酷的条件下工作，以便尽快获得产品失效信息[4]。LED整灯系统是由四个子系统组成的，即LED发光引擎、电子驱动，机械外壳和光学透镜[5]。若将发光引擎与光学透镜合称为发光模块，则可分为发光模块，驱动模块和机械结构三部分。每个子系统的可靠性和LED整灯系统的可靠性之间是息息相关的，也就是说LED整灯系统的可靠性取决于LED发光模块和驱动电源。LED驱动电源的目的是为了给LED提供一个恒定的电流，作为具有高可靠性，长寿命特点的LE

3、D整灯系统的驱动装置，它必须要有与之相匹配的寿命特性，才能更好地服务于整灯系统[6]。虽然LED整灯系统具有高可靠性的特点，但当其在加速寿命试验中遭受电应力和温度应力时，引发的材料退化和结构损坏，将会导致光通量的退化，颜色的偏移，甚至使整灯停止工作[7]。IES关于LED光源流明维护率测量的认定方法LM-80-08中定义了该测量方法包含的相关组件，即LED包装、阵列和模块。流明维护率是受控条件下测量的性能[8]，即将LED光源模块放在热处理室中，其它子模块放在常温工作环境下，这样可以克服由各子系统分解应力极限不同造成的干扰。与之相矛盾的是，在实际应用中LED整灯系统所处的大的工作环境是

4、相同的。IES提出的试验标准LM-79-08则是针对LED灯具的，即包括驱动电源在内的LED整灯系统[9]。因为两种标准并没有就驱动电源对整灯系统的影响给出判定，所以研究驱动电源对基于光通量的整灯寿命的影响及其在整灯寿命特征指标下的可靠性，已经成为急需解决的问题。这一问题的研究也将为精确建立整灯系统退化模型如决策树模型，提供实践依据。.......1.2相关问题的国内外研究现状如前所述LED整灯系统是一个多模块系统，主要包括的模块如图1.1所示。其中①为LED芯片，②为光学透镜，③为驱动电源，④和⑤为机械结构，④是散热器。按照结构决定性能的思路，研究影响LED照明产品寿命的关键组件或材

5、料(封装胶、荧光粉、LED、驱动电路等)在加速老化条件下的性能变化，无疑对整灯可靠性分析具有重要意义。针对LED驱动电源，国内外主要进行了以下相关研究。美国马里兰大学的先进寿命周期工程研究中心提出一种针对电子电路的诊断预测方法[10]，该方法通过对基于扫描信号的电路瞬态响应的连续细化，定义了故障指示器。通过模式识别，定位电路故障。这个瞬态响应方法适用于在时域和频域上有行为嵌入的模拟电路，然而这种方法不能直接被应用到LED驱动上，因为一些LED驱动的晶体管的性能退化静态特性不是很明显。除上述研究机构提出的方法外，台湾交通大学电子工程系的ChinTsung和密歇根大学高级计算机体系结构实验

6、室的研究人员提出的IDDQ和指纹形测试也被广泛应用到检测集成电路的故障电路中[11-13]。指纹型测试主要应用到类似于内存和CPU的数字电路中，IDDQ适用于电路硬失效，如：氧化分解和桥失效等引发的失效。美国伦斯勒理工学院照明研究中心的LeiHan提出一种使用LED驱动输出端电容进行加速寿命预测的方法，并验证输出级的电容是整个驱动系统的最薄弱环节[14]。荷兰代尔夫特理工大学的微系统纳电子研究所也将主要研究经历放在陶瓷电容上，并认为在开关转换型驱动电源(SSL)的众多部件中该存储部件对温度最为敏感，同时忽视温度变化部件晶体管[15]。..........第2章加速试验方案设计2.1引言

7、加速试验，包括加速寿命试验(ALT)、加速退化试验(ADT)以及高加速寿命试验(HALT)和高应力筛选试验(HASS)，是针对可靠性产品进行可靠性研究的重要试验技术[4]。LED作为一种高可靠性产品，在相对较短的试验时间内，甚至在加速应力的情况下，也难以获得失效时间数据，因此，想要依赖大样本寿命试验的传统统计方法确定产品寿命分布是非常困难的，加速退化试验为高可靠性长寿命LED的可靠性建模与分析提供了新的途径。现阶段，在加速退化试验设计中，往往要