隨著LED路燈在全國(guó)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(jiǎn)要介紹提高電源可靠性的方法：

　　(1) 簡(jiǎn)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(jiǎn)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(zhǎng)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(zhǎng)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。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] 中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)，GB/T 24826-2009普通照明用LED和LED模塊術(shù)語和定義[S].中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社出版(2009)

　　[2] 中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)，GB/T 24824-2009 普通照明用LED模塊測(cè)試方法[S]，中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社出版(2009)

　　[3] 朱清江，《可靠性工程基礎(chǔ)》電子工業(yè)出版社(2011)

　　[4] 鹽見弘，《可靠性工程基礎(chǔ)》，科學(xué)出版社(1983)

　　[5] 劉露明等，《質(zhì)量管理與可靠性工程》電子工業(yè)出版社(2005)

　　[6] 平立 LED路燈在寒地應(yīng)用環(huán)境下關(guān)鍵技術(shù)問題分析. [J].半導(dǎo)體照明，2010，11月刊

　　[7] 祝軍生、郝冠軍、李明軍，用電子設(shè)備可靠性試驗(yàn)方法的確定及研究. [J].電子質(zhì)量，2010，第六期

　　[8] 中國(guó)人民解放軍總裝備部. GJB 899A-2009 可靠性鑒定和驗(yàn)收試驗(yàn)[S](2009)（本文選自|《半導(dǎo)體照明》雜志2013年第4期）