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LED路灯在寒冷地区应用应解决的问题

     随着技术的快速发展,在国内的许多城市,道路照明已经不乏LED路灯的身影.尽管LED路灯技术水平的发展较快,但是大多数LED路灯厂商在产品研发过程中忽略了在寒冷使用条件下的特殊技术要求.一个普遍的错误认识是,LED在寒冷地区使用有利于散热,不容易发生故障.殊不知,在寒冷使用条件下,对LED路灯有着更为严格的技术要求,主要有以下两个方面: 
  (1)在寒冷地区使用的LED路灯必须要考虑防止冰凌凝结的预防措施.

  (2)寒冷地区气温低,温差大,骤变的冷热冲击和长期低温工作对于器件有着更为严格的质量要求.

  所以LED路灯在寒冷地区的使用,需要解决以下几个方面的关键技术问题.

  一、LED路灯冰凌凝结危害的防护措施

  路灯在寒冷地区推广使用非常容易被忽视的一个问题就是由于冰雪在灯具表层堆积,受热融化后形成的冰凌,冰凌一旦形成,则会对车辆和行人产生非常大的安全隐患.尤其是LED路灯,由于灯具壳体普遍采用铝材,表层的氧化铝属于亲水性材料,更容易产生冰凌凝结.由于会影响到道路交通的安全,因此防止冰凌凝结是LED路灯在寒冷地区使用必须考虑到的安全措施.

  为了解决这一关键技术,通过对覆冰体表层进行显微成像分析,分析了水在物体表层结冰,以及冰在物体表层可以牢固附着的原因.结果发现,仅仅采用疏水性能优异的材料,防止冰凌凝结的效果并不理想,甚至水在某些材料表层可以冻得非常的结实.冰可以附着在任何物体表层上;物体表层上的裂缝和凹陷,是冰可以牢固地粘附在物体表层上的另一个主要原因;单纯疏水性能好的材料,可以延缓结冰的过程,却无法阻止冰的形成.

  为了更为准确地对比不同材料间防止冰凌凝结的能力,从不同角度深入研究不同物件的表层结构、表层物性与覆冰的内在关系,包括:结构外形与覆冰、结构材质与覆冰、表层光洁度与覆冰、表层刚柔性与覆冰.结果发现:外形结构简单、组织结构紧密、表层防水、疏水性能优异的构件,就不容易发生冰凌凝结.

  二、冷热冲击的温度变化可能引起LED器件的失效

  由于LED芯片封装后,属于固态的实心器件,存在着芯片、硅胶或树脂、金属支架以及引线之间膨胀系数的失配现象,加上寒冷地区温差较大,会使硅胶在温度变化的过程中膨胀和收缩加剧,器件内部应力过大,将导致LED引线键合点位移增大,引线过早疲劳和损坏.同时也会使原本键合状态较差的焊点出现脱焊的可能,从而造成焊球和芯片电极脱焊的现象,甚至使芯片出现分层脱落的失效现象.

  一盏LED路灯使用的LED多达上百颗,通常采用以串联为主的混联组态方式,如果一颗LED发生故障,将会引起多颗LED连带失效,因此使用在寒冷地区的LED路灯首先要根据特定使用条件下的温度变化特性,设置合理的超声功率、键合压力、键合时间及键合温度等封装工艺参数,保证每一颗LED器件在低温运行条件下的可靠性.

  三、LED驱动装置低温运行的可靠性保障

  目前大多数LED路灯驱动电源在寒冷低温条件下表现出不同类型的水土不服现象,较为突出的是在低温条件下无法正常启动和长期低温运行条件下的失效率较高现象.出现这些现象的主要原因在于驱动电源在设计阶段的器件选型没有考虑低温工作状态的可靠性,部分关键元器件低温条件下的特性发生变化,造成驱动装置无法低温启动或正常运行,引发故障的具体原因主要有以下几方面:

  (1)电解电容电解液在低温下冻结,失去电容效应,无带载能力.

  (2)开关管在低温条件下载流子的密度和活性都会降低,过载保护的启动点也会因此降低.

  (3)输入端防止浪涌电流的热敏电阻,在低温下阻值变大(是常温的3~5倍),也会造成低温无法正常启动.

  (4)部分类型的光藕器件在低温状态下无法正常工作.

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