随着市場需求的不斷增加，近年從事LED制造和研發的人員大大增加。LED企業亦如雨後春筍般成長。由于從事LED驅動研發的企業和人衆多，其技術水準參 差不齊，研發出來的LED驅動電路品質好壞不一。導緻LED燈具的失效時常發生，阻礙了LED照明的市場推廣。LED燈具失效一是來源于電源和驅動的失 效，二是來源于LED器件本身的失效。本文試着從實際的LED電源驅動電路這一方面，分析其電路的工作原理，然後試着從在不同環境下的LED驅動電路下， 分析各種工作敏感參數對失效的影響，來進行失效模式的分析，最後，通過仿真來驗證結果。并從理論上給出有效的解決方案。
1 LED驅動電路原理
LED是一種半導體材料制造而成發光二極管，隻能夠單向導通，而且其導通電壓不高，正向導通電流也不能太大，是以對LED的供電電源有了一定的要求，這時 LED驅動電路應運而生。實際使用中，大多數的LED産品都是使用交變電源作為LED驅動電路的電源輸入，通過驅動電路變成穩壓輸出形式或者恒流輸出形式 的一種電路。LED驅動電路，根據不同的劃分标準可以劃分為很多類型，目前以電路的驅動原理，可以劃分為兩大類：一類為線性驅動電路，一類為開關型驅動電 路。
1.1線性驅動電路
線性驅動電路原理圖如圖1所示，從結構上一般都包含了以下的幾部分，整流電路，濾波電路，穩壓電路。
圖中運用全波橋式整流，使交變電源整流成單向的脈動電壓。濾波電路采取RC濾波，由濾波
電路濾波出來的電壓值已經比較接近于直流電源了，但是，由于電網上 的電壓波動，導緻驅
動電路的輸出電壓發生波動，這對于LED來講，是緻命的。是以濾波之後的電壓需要加上一
個穩壓電路。以使線性驅動電路可以保持比較平穩 的電壓來驅動LED。
線上性驅動電路中，LED的亮度與通過電流成函數關系，而與加在LED上面的壓降無關。從
上面的電路原理圖可以看出，線性LED驅動電路，結構簡單，易于 實作，研發周期短，生産
成本低，體積小巧，而且，由于沒有使用很多的大容量電容和電感，電路設計上不需要考慮
EMI問題。可以适用于低電流照明系統。
1.2開關型驅動電路
開關型驅動電路原理圖如圖2所示，是将輸入的交變電壓通過整流電路整流和濾波穩壓之
後，通過開關狀态，來控制LED的電流或者電壓，使LED可以平穩地發光。下面給出一個典
型的開關型的驅動電路來逐漸分析開關型驅動電路的工作狀态。
從圖2可見，開關型L E D驅動電路可以劃分為以下的幾部分：低頻整流濾波電路、自
激振蕩電路、穩壓電路、取樣脈寬調整電路和高頻整流濾波電路等。
市電交流220V通過12V的變壓器降壓，然後經過橋式整流二極管3N258和電容C2組成低頻整
流濾波電路，轉換成一個類直流電電源。功率三極管Q1、 Q2、Q3和電容C5電阻R2組成一
個自激震蕩電路，其中Q2是PNP管，為脈寬調整管，Q1和Q3一個為PNP管，一個為N P N
管，兩個管子複合組成開關調整器，C5、R2通過調整參數可以設定器振蕩頻率。利用這個
自激振蕩電路，可以将類直流電源轉化為一個高頻的脈沖信号。高頻 信号的頻率可以通過選
頻特性算出。可以調整高頻脈沖的占空比，來調整裝置輸出的能量。電流流經電感時，會在
L的兩端産生感應電動勢，當電流消失時，感應電 動勢會在電路的兩端産生一個反向電壓，
若這個反向電壓大于某些元器件的反向擊穿電壓時，将會損壞這些器件。利用一個續流二極
管D2并聯在電感的兩端，通過 R4和C6組成的回路，使這個反向的感應電動勢有一個洩通回路。
R 6、R 7、R 8組成的取樣電路和R 5、D3組成的基準源電路用來對高頻信号進行脈寬
的調整，來調節開關管的飽和導通時間，進而調整電源的輸出電壓。其中R7為可調電阻，方
便對這個電壓的調整。
從上面的分析可以看到，開關型LED驅動電路相比于線性驅動電路，效率高，而且輸出的電
流大，還可以通過調整脈寬來調整電流，輸出的電流精度十分高，使LED亮度可以受控，适
用于與大型的照明場合和電流輸出比較打的場合。
2 LED驅動失效機理分析
2.1 LED驅動電路失效原因分析
(1)浪湧電流和浪湧電壓
由于驅動電路的開啟瞬間，電容充電需要很大的電流，而且其充電時間短，導緻的瞬間大電
流;由于電網上的電壓波動和浪湧電壓的沖擊，導緻驅動電路上的二極管和電阻等器件的瞬間
大電壓。這可能會對LED驅動電路上的器件造成永久性的損傷。
(2)靜電放電
靜電放電，即ESD現象。由于電量在極短的時間内洩放，往往起靜電洩放電壓可以達到幾千
伏特。這對于半導體器件是緻命的。ESD可能使LED燈或者驅動IC的内部結構發生損毀。
(3)元器件使用失效
由于開關型驅動電路需要大電容來進行存儲電能，穩壓，而大電容一般使用鋁電解電容。鋁
電解電容的失效率較其它元件高，而且由于變壓器和LED在使用時會産生熱量，這些熱量加
劇電解電容的電解液的運動，縮短了鋁電解電容的正常使用年限。
(4)工作環境導緻
目前，主流的LED驅動是使用交變電源作為電源輸入的，對于一些大功率的LED驅動電路，
其變壓線圈會産生大量的熱量，由熱量而産生了LED失效的溫度應力。溫度應力的時間模型
見下公式：
其中M為溫度應力，T為溫度，t為時間。
可見，溫度應力随時間和溫度呈指數式上升，電器使用時間越長，溫度應力就越大，由熱導
緻的失效率則越高。
2.2線性調整型
LED驅動電路失效分析以圖1線性調整行LED驅動電路進行失效分析，線性LED驅動一上電瞬
間，AC電源需要對驅動電路内部的電容電感進行充電，是以， 上電瞬間會有一個比較大的
電流通過熔絲和整流橋。由于Multisim仿真軟體隻能仿真模拟量，對于環境熱量和濕度等均
無法模拟。是以這次仿真隻能從電參 數這方面進行模拟。這裡加入兩個失效因素，浪湧電壓
和浪湧電流，對上文所述的線性LED驅動電路進行失效仿真，加入浪湧電壓之後電路運作情
況的各個儀表參 數。
由圖1所示内容，可以讀出各個儀表的值。
Vi=250V；Vo=29.934V；Vled=8.415V；
Iled=34.606mA。
經過多次仿真測試得出與正常情況下的LED驅動電路電參數對比見表1所示。
從表1資料可以看出，當電網上電壓波動10%幅值，線性LED驅動電路的工作狀态就發生比
較大的改變。從上圖，可以發現，由于采用了合适的穩壓電路，電網 上的電壓波幅幾乎沒有
影響到線性LED驅動電路的工作電壓。但是，其驅動電流卻發生了巨大變化，驅動電流較之
正常輸入電壓增幅達4 0 %。這将導緻LED超負荷工作，會減少LED燈珠的壽命，甚至可能會
直接損毀燈珠。
2.3開關型LED驅動電路失效分析
以圖2線性調整行LED驅動電路進行失效分析，在圖2仿真圖中，XSC2代表輸入的AC電源和
整流之後的電壓比較。其中正弦波型為AC220V,通過全波 整流之後，其電壓值Vimax≈311V,
比較平穩的為整流之後的電壓。整流之後的電壓，從圖中的mark點讀出來的電壓為11.368
V。低頻整流之 後，電壓經過自激振蕩電路和高頻整流電路以及穩壓電路之後，輸出來的就
是LED的驅動電壓了。
由于采用了穩壓管1N4735A，穩壓值為6.6V，是以LED驅動電壓理論值為6.6V。
從圖2讀出實際仿真的LED驅動電壓為一個6.64V的直流電壓。與理論相符。
經過多次仿真測試，可以讀出幾個儀表的參數分别為：
Vi=250V；Vo=12.3V；Vled=6.64V；
Iled=47.416mA；
與正常情況下的LED驅動電路電參數對比見表2所示。
從表2可以看出，當電網上有浪湧電壓輸入時，開關型LED驅動電路，由于采用了良好的穩
壓措施，驅動電路的電壓參量并未發生很大的變化，但是LED的驅動電路變化交大，增幅達
到100%。這将導緻LED功率上升，使LED失效。
2.4失效解決方案
經過前面幾個小節對LED驅動電路的仿真分析可以總結出以下幾個有效的LED失效解決方案：
(1)對于浪湧電流和電壓，可以在電源輸入給加上一個熔絲和一個PTC電阻。PTC電阻就是正
溫度系數電阻。當電源輸入的初級電流有一個浪湧電流或者浪湧 電壓輸入時，根據電阻的發
熱公式Q=R*I^2*T，流經PTC電流或者電壓的增加勢必會增加PTC電阻的發熱量，進而是PT
C電阻的阻值上升，使到電源 輸入的初級功率有一部分消減在PTC電阻處，以保證電源的副
邊輸出功率不變，保持電壓和電流的穩定。對于室外使用的LED驅動，還應該加入防雷保護
措施。
(2)對于驅動器件的選擇，在成本範圍内，應該選用比較好的器件，尤其是電容。
而且，器件的最大電流電壓參數要保證是電路正常工作的額定值的2~3倍以上，具體參數具
體選擇。以保證電路元器件有足夠的備援來應付突變的電參量。
(3)同時，應該注意線路闆的的布局，發熱量大的應該隔開布局，以減少熱量隊闆子的影響。
線路闆應該注意要防潮、防濕。
在一些特定的環境下，還應做一些絕緣防潮的措施。
(4)對于開關型LED驅動電路，還應該防止EMI帶來的失效。可以通過加入X電容，共模電
感、差模電感、低通濾波電路、屏蔽體等來消減EMI帶來的問題。
結論
本文在分析兩種典型驅動電路基礎上分别對線性LED驅動電路和開關LED驅動電路進行了浪
湧電壓影響下的失效仿真。從仿真結果中可以看出，浪湧電壓對 LED驅動電源影響比較大。
尤其是驅動電路這一部分。使LED驅動電流增大超過其最大正向導通電流，使LED燈珠失
效。根據仿真分析結果，最終給出了合理 的LED驅動電路的失效方案。