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看故障率了解LED驅動器拓撲有多可靠?

發(fā)布時間:2012-10-29 責任編輯:echotang

 

【導讀】:平均故障間隔時間(MTBF)是衡量各個部件的可靠性的快速方法。如果某一種MOSFET器件的MTBF高于另一種MOSFET器件,則具有較高MTBF的MOSFET能夠在現(xiàn)場正常工作而不出現(xiàn)故障的時間會更長。

 

想要將一個部件的材料清單(BOM)與另一個部件的材料清單進行比較會怎么樣呢?能不能將每個元件的MTBF簡單地加在一起,來確定總體可靠性呢?可惜的是:不可以。這是因為MTBF代表的是出現(xiàn)故障的小時數(shù),按照加法計算是不起作用的。然而,故障率,一個代表每小時發(fā)生故障的次數(shù),是可以相加。慶幸的是將MTBF轉換成故障率僅是一個很簡單分數(shù)關系。以下是公式:

一旦將每個器件的MTBF轉換成故障率,便能夠開始根據材料清單來評估總體可靠性了。

我們看一下各種LED驅動器的材料清單。例如,我們使用了帶有10W負載的小功率A19設計,并假設類似的元件適用于五種拓撲。表1列出每個元件和其相關的FIT數(shù)值,其中光耦合器的故障率最高。(注意:FIT數(shù)值不包含加速因素)。

表1. 樣品器件的故障率

下面,我們將這些數(shù)值應用于五種常用拓撲的LED驅動器BOM。表2列出了元件數(shù)目和最終FIT數(shù)值。

表2. 常用LED驅動器拓撲的FIT數(shù)值

表2顯示出更多的元件會導致更高的故障率,而增加一個電解電容會降低可靠性。

表2并未反映焊點疲勞帶來的影響。如果假設每個元件有兩個焊點,F(xiàn)IT率將上升,但是因為焊點與元件數(shù)目相關,表2的相關順序不發(fā)生改變。

表2也沒有考慮溫度、電壓、電流及其他環(huán)境應力等因素對總體可靠性的影響。高溫對LED元件的損害尤其大,是替代燈泡的真正問題。這一點在住宅用下射燈中尤為突出,因為白熾燈泡所用燈座不能為LED燈泡提供足夠的氣流。

圖3 所示為FIT率最低的拓撲布局,這是非隔離型降壓拓撲,沒有電解電容,使用FL7701驅動控制器IC。

圖3. 使用FL7701非隔離型降壓拓撲

FL7701集成有功率因數(shù)校正(PFC)??梢詮氖褂眯⌒吞沾删S持電容的整流離線輸入來供電。這樣就可省去輸入端的電解電容,也不需要用于IC的自偏置電源軌。

輸出端對流經LED的紋波電流的要求相當寬松,可以省去電解電容。紋波電流的存在會縮短LED的使用壽命,但總的來講,取消電解電容,意味著燈具具有更高的可靠性。相反地,如圖2所示,包含了電解電容,基于FL7701的設計仍然具有較低的FIT率。

結論

我們使用的簡單計算結果并不是對LED驅動器可靠性的最終預測。增添加速因數(shù)和完成壽命試驗十分重要,這樣可以看到驅動器在實際環(huán)境中的反應。不過,我們的計算對于了解每種拓撲的折衷權衡是有用的。如果適當?shù)乜刂芁ED驅動器的環(huán)境溫度,非隔離型降壓拓撲可以使用最少的元件,從而獲得最佳的FIT率。

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