基于加速試驗(yàn)的led驅(qū)動(dòng)電源壽命預(yù)測(cè)及對(duì)整燈壽命影響分析

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1、基于加速試驗(yàn)的LED驅(qū)動(dòng)電源壽命預(yù)測(cè)及對(duì)整燈壽命影響分析第1章緒論1.1問題的提出與研究意義近些年來，隨著半導(dǎo)體技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，LED在照明方面所蘊(yùn)藏的巨大優(yōu)勢(shì)逐漸被人們發(fā)掘出來。特別是在節(jié)能，環(huán)保和可靠性方面的突出表現(xiàn)，更是不容小覷?；谝陨显?，LED在汽車照明、舞臺(tái)背光、建筑裝潢、信號(hào)照明等領(lǐng)域有著越來越廣闊的應(yīng)用空間[1-3]。LED的諸多優(yōu)點(diǎn)使其占據(jù)的市場(chǎng)份額不斷上升，并帶來照明史上的第二次革命，越來越多的LED生產(chǎn)廠商意識(shí)到LED在未來照明工業(yè)存在巨大商機(jī)。因此針對(duì)LED高可靠性的特點(diǎn)，如何快速準(zhǔn)確預(yù)測(cè)出LED產(chǎn)品的壽命及對(duì)其可靠性進(jìn)行評(píng)估，從而反饋回生產(chǎn)過程，指導(dǎo)生產(chǎn)

2、工藝改進(jìn)，進(jìn)一步提高LED的可靠性，已經(jīng)成為該領(lǐng)域備受關(guān)注的問題。加速試驗(yàn)正是為此類問題提供有效可靠性數(shù)據(jù)的一種試驗(yàn)方法，其基本思想是使產(chǎn)品在比正常使用條件更加嚴(yán)酷的條件下工作，以便盡快獲得產(chǎn)品失效信息[4]。LED整燈系統(tǒng)是由四個(gè)子系統(tǒng)組成的，即LED發(fā)光引擎、電子驅(qū)動(dòng)，機(jī)械外殼和光學(xué)透鏡[5]。若將發(fā)光引擎與光學(xué)透鏡合稱為發(fā)光模塊，則可分為發(fā)光模塊，驅(qū)動(dòng)模塊和機(jī)械結(jié)構(gòu)三部分。每個(gè)子系統(tǒng)的可靠性和LED整燈系統(tǒng)的可靠性之間是息息相關(guān)的，也就是說LED整燈系統(tǒng)的可靠性取決于LED發(fā)光模塊和驅(qū)動(dòng)電源。LED驅(qū)動(dòng)電源的目的是為了給LED提供一個(gè)恒定的電流，作為具有高可靠性，長(zhǎng)壽命特點(diǎn)的LE

3、D整燈系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)裝置，它必須要有與之相匹配的壽命特性，才能更好地服務(wù)于整燈系統(tǒng)[6]。雖然LED整燈系統(tǒng)具有高可靠性的特點(diǎn)，但當(dāng)其在加速壽命試驗(yàn)中遭受電應(yīng)力和溫度應(yīng)力時(shí)，引發(fā)的材料退化和結(jié)構(gòu)損壞，將會(huì)導(dǎo)致光通量的退化，顏色的偏移，甚至使整燈停止工作[7]。IES關(guān)于LED光源流明維護(hù)率測(cè)量的認(rèn)定方法LM-80-08中定義了該測(cè)量方法包含的相關(guān)組件，即LED包裝、陣列和模塊。流明維護(hù)率是受控條件下測(cè)量的性能[8]，即將LED光源模塊放在熱處理室中，其它子模塊放在常溫工作環(huán)境下，這樣可以克服由各子系統(tǒng)分解應(yīng)力極限不同造成的干擾。與之相矛盾的是，在實(shí)際應(yīng)用中LED整燈系統(tǒng)所處的大的工作環(huán)境是

4、相同的。IES提出的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)LM-79-08則是針對(duì)LED燈具的，即包括驅(qū)動(dòng)電源在內(nèi)的LED整燈系統(tǒng)[9]。因?yàn)閮煞N標(biāo)準(zhǔn)并沒有就驅(qū)動(dòng)電源對(duì)整燈系統(tǒng)的影響給出判定，所以研究驅(qū)動(dòng)電源對(duì)基于光通量的整燈壽命的影響及其在整燈壽命特征指標(biāo)下的可靠性，已經(jīng)成為急需解決的問題。這一問題的研究也將為精確建立整燈系統(tǒng)退化模型如決策樹模型，提供實(shí)踐依據(jù)。.......1.2相關(guān)問題的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀如前所述LED整燈系統(tǒng)是一個(gè)多模塊系統(tǒng)，主要包括的模塊如圖1.1所示。其中①為L(zhǎng)ED芯片，②為光學(xué)透鏡，③為驅(qū)動(dòng)電源，④和⑤為機(jī)械結(jié)構(gòu)，④是散熱器。按照結(jié)構(gòu)決定性能的思路，研究影響LED照明產(chǎn)品壽命的關(guān)鍵組件或材

5、料(封裝膠、熒光粉、LED、驅(qū)動(dòng)電路等)在加速老化條件下的性能變化，無疑對(duì)整燈可靠性分析具有重要意義。針對(duì)LED驅(qū)動(dòng)電源，國(guó)內(nèi)外主要進(jìn)行了以下相關(guān)研究。美國(guó)馬里蘭大學(xué)的先進(jìn)壽命周期工程研究中心提出一種針對(duì)電子電路的診斷預(yù)測(cè)方法[10]，該方法通過對(duì)基于掃描信號(hào)的電路瞬態(tài)響應(yīng)的連續(xù)細(xì)化，定義了故障指示器。通過模式識(shí)別，定位電路故障。這個(gè)瞬態(tài)響應(yīng)方法適用于在時(shí)域和頻域上有行為嵌入的模擬電路，然而這種方法不能直接被應(yīng)用到LED驅(qū)動(dòng)上，因?yàn)橐恍㎜ED驅(qū)動(dòng)的晶體管的性能退化靜態(tài)特性不是很明顯。除上述研究機(jī)構(gòu)提出的方法外，臺(tái)灣交通大學(xué)電子工程系的ChinTsung和密歇根大學(xué)高級(jí)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)

6、室的研究人員提出的IDDQ和指紋形測(cè)試也被廣泛應(yīng)用到檢測(cè)集成電路的故障電路中[11-13]。指紋型測(cè)試主要應(yīng)用到類似于內(nèi)存和CPU的數(shù)字電路中，IDDQ適用于電路硬失效，如：氧化分解和橋失效等引發(fā)的失效。美國(guó)倫斯勒理工學(xué)院照明研究中心的LeiHan提出一種使用LED驅(qū)動(dòng)輸出端電容進(jìn)行加速壽命預(yù)測(cè)的方法，并驗(yàn)證輸出級(jí)的電容是整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的最薄弱環(huán)節(jié)[14]。荷蘭代爾夫特理工大學(xué)的微系統(tǒng)納電子研究所也將主要研究經(jīng)歷放在陶瓷電容上，并認(rèn)為在開關(guān)轉(zhuǎn)換型驅(qū)動(dòng)電源(SSL)的眾多部件中該存儲(chǔ)部件對(duì)溫度最為敏感，同時(shí)忽視溫度變化部件晶體管[15]。..........第2章加速試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)2.1引言

7、加速試驗(yàn)，包括加速壽命試驗(yàn)(ALT)、加速退化試驗(yàn)(ADT)以及高加速壽命試驗(yàn)(HALT)和高應(yīng)力篩選試驗(yàn)(HASS)，是針對(duì)可靠性產(chǎn)品進(jìn)行可靠性研究的重要試驗(yàn)技術(shù)[4]。LED作為一種高可靠性產(chǎn)品，在相對(duì)較短的試驗(yàn)時(shí)間內(nèi)，甚至在加速應(yīng)力的情況下，也難以獲得失效時(shí)間數(shù)據(jù)，因此，想要依賴大樣本壽命試驗(yàn)的傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)方法確定產(chǎn)品壽命分布是非常困難的，加速退化試驗(yàn)為高可靠性長(zhǎng)壽命LED的可靠性建模與分析提供了新的途徑?，F(xiàn)階段，在加速退化試驗(yàn)設(shè)計(jì)中，往往要