Tụ điện ảnh hưởng thế nào đến tuổi thọ LED Driver

Vào năm 2008, MEAN WELL đã phát hành LED Driver đầu tiên, dòng CLG-150 và bước những bước đầu tiên vào thị trường chiếu sáng LED còn sơ khai.

Kể từ đó MEAN WELL đã bán được một lượng lớn LED Driver loại này. MEAN WELL đã có cơ hội thu lại được một số mẫu LED Driver CLG-150, được sản xuất vào năm 2008. Một cuộc kiểm tra và phân tích chi tiết đã được thực hiện và kết quả được chia sẻ ngay sau đây.

Tùy thuộc vào công suất đầu ra và cấu trúc của LED Driver mà số lượng thành phần linh kiện được sử dụng trong LED Driver có thể dao động từ hàng chục đến hàng trăm.

Một phần quan trọng của quá trình thiết kế nguồn là tính toán tuổi thọ chính xác của từng thành phần để quy ra tuổi thọ của nguồn. Tuổi thọ dự kiến của LED Driver được xác định bởi chất lượng của các thành phần quan trọng trong nó, đặc biệt là quạt và tụ điện. Để cung cấp đánh giá chính xác về tuổi thọ của LED Driver, thiết kế MEAN WELL phải vượt qua các quy trình xác minh được công nhận bao gồm ORT (độ tin cậy liên tục), DMTBF (thời gian trung bình được chứng minh giữa các lần hỏng hóc), kiểm tra sốc nhiệt…

Trong bài viết này, chúng ta sẽ tập trung vào việc xác minh và đánh giá tuổi thọ của tụ điện.

Tụ điện nhôm có thể bị ảnh hưởng bởi các điều kiện hoạt động như nhiệt độ và tải. Sau một thời gian dài hoạt động, điện dung sẽ giảm và hệ số tiêu tán (tanδ) sẽ tăng lên, cuối cùng là tuổi thọ bị ảnh hưởng. Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng khuếch tán, có nghĩa là chất điện phân khuếch tán vào vật liệu kín, cuối cùng lan ra bên ngoài.

Thông thường, tuổi thọ của tụ điện nhôm có thể được đánh giá bằng cách sử dụng định luật Arrhenius (tốc độ phản ứng khuếch tán hóa học). Chất điện phân khô đi sau một thời gian hoạt động, làm cho điện dung giảm và điện trở nối tiếp tương đương (ESR) tăng lên. Tuổi thọ có thể giảm 50% khi nhiệt độ môi trường tăng 10℃. Ngược lại, nếu nhiệt độ giảm 10℃, thời gian tồn tại có thể tăng lên gấp đôi.

Mối quan hệ giữa tuổi thọ và tỷ lệ hỏng hóc được thể hiện trong biểu đồ đường cong ống sau:

LED driver tube curve chart

GIAI ĐOẠN TRỤC TRẶC BAN ĐẦU

Để tránh giai đoạn trục trặc ban đầu, MEAN WELL xác định bất kỳ thành phần nào bị lỗi bằng cách thực hiện chạy 100% trong thử nghiệm. Do đó, hầu hết các LED driver do MEAN WELL bán sẽ ở trong giai đoạn trục trặc ngẫu nhiên.

GIAI ĐOẠN TRỤC TRẶC NGẪU NHIÊN

Độ ổn định và độ tin cậy của LED Driver có liên quan đến MTBF (thời gian chờ đợi giữa sự cố). Tỷ lệ hỏng hóc trong giai đoạn này là khá thấp và được xác định bởi điều kiện lắp đặt và vận hành của người dùng (nhiệt độ môi trường xung quanh, giảm tốc độ, luồng không khí, độ rung…).

GIAI ĐOẠN TRỤC TRẶC TIÊU HAO

Sau giai đoạn trục trặc ngẫu nhiên, LED Driver chuyển sang giai đoạn trục trặc sử dụng, trong thời gian này, hầu hết các hỏng hóc đều liên quan đến sự lão hóa của các linh kiện, chẳng hạn như quạt và tụ điện.

Như đã đề cập ở trên, lỗi trong thời gian trục trặc ngẫu nhiên có liên quan đến điều kiện cài đặt và ứng dụng của người dùng. Các yếu tố như nhiệt độ môi trường xung quanh, giảm tốc độ, thông gió, vi phạm… Thường là nguyên nhân gốc rễ của sự hỏng hóc của LED Driver.

Tới đây, chúng ta sẽ tập trung vào mối quan hệ giữa nhiệt độ môi trường, điều kiện tải và tuổi thọ.

MEAN WELL sử dụng một phương pháp từ nhà sản xuất tụ điện điện phân nổi tiếng để thực hiện xác minh tuổi thọ của sản phẩm. Ví dụ, LED Driver dòng CLG-150, giai đoạn đầu ra được thiết kế với tụ điện 10000 giờ / 105℃ từ một thương hiệu nổi tiếng của Nhật Bản. Tuổi thọ so với tải và nhiệt độ được giải thích như bên dưới.

MỐI QUAN HỆ GIỮA THỜI HẠN SỬ DỤNG, TẢI TRỌNG VÀ NHIỆT ĐỘ

Với mối quan hệ giữa tuổi thọ và tải, khi nhiệt độ môi trường là 55℃ và tải được vận hành ở 100% thì tuổi thọ khoảng 35Khrs. Tuy nhiên, nếu giảm tải xuống 75%, thì tuổi thọ có thể dài hơn 1,6 lần.

Với mối quan hệ giữa tuổi thọ và nhiệt độ môi trường, khi tải ở mức 75% và nhiệt độ môi trường là 55℃, tuổi thọ khoảng 57Khrs. Nếu nhiệt độ môi trường giảm xuống 45℃, thì tuổi thọ sẽ tăng lên gấp đôi (114Khrs).

Các mối quan hệ này được minh họa trong biểu đồ sau:

Tuổi thọ của tụ điện so với biểu đồ nhiệt độ

MỐI QUAN HỆ GIỮA SỬ DỤNG THỜI HẠN SỬ DỤNG VÀ NHIỆT ĐỘ TRƯỜNG HỢP

Hợp chất bầu được sử dụng trong LED Driver CLG-150 gây khó khăn cho việc đo nhiệt độ bên trong của tụ điện. Do đó, nhiệt độ trường hợp bên ngoài được sử dụng để thay thế. Nếu nhiệt độ trường hợp nhỏ hơn 55℃, tuổi thọ khoảng 100Khrs. Tuy nhiên, khi nhiệt độ trường hợp tăng lên 70℃, tuổi thọ giảm xuống 35Khrs, như được hiển thị trong đồ thị bên dưới:

Electrolytic capacitor usage lifetime vs case temperature graph

PHÂN TÍCH HIỆU SUẤT VÀ TUỔI THỌ CỦA NGUỒN

Phân tích hiệu suất điện của LED Driver CLG-150, đã được sử dụng trong 10 năm trên ứng dụng đèn đường, đã được tiến hành để phân tích hiệu suất điện và độ tin cậy của driver. Phần tóm tắt chính của phân tích này được thể hiện ở bảng.

PHÂN TÍCH HIỆU SUẤT ĐIỆN – CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CHÍNH

Critical Electrical Parameter

Electrical Specification

Actual Value Measured

Efficiency

89%

90.1%

Power Factor

0.950.967

Ripple & noise

150mV109mV

Set-up time

3000ms1660ms

Rise time

80ms23ms

Hold up time

50ms56ms

Inrush current

65A46.6A

Withstand voltage

I/P-O/P:3KVAC I/P-F/G:2KVAC O/P-F/G:0.5KVAC: TEST OK
Isolation resistanceI/P-O/P, I/P-F/G, O/P-FG: 100mΩ/500VDCI/P-O/P: 22.4GΩ
I/P-F/G: 20.6GΩ
O/P-FG: 30FΩ

Sau 10 năm sử dụng, hiệu suất đầy tải đo được và hệ số công suất vẫn nằm trong thông số kỹ thuật.

Điều này có nghĩa là các thành phần nguồn, chẳng hạn như MOSFET và máy biến áp vẫn hoạt động bình thường.

Độ gợn sóng điện áp, thời gian thiết lập và thời gian thiết lập hld cũng vẫn nằm trong thông số kỹ thuật.

Điều này cho thấy rằng tuổi thọ của các tụ điện ở cả hai phía đầu vào và đầu ra không bị quá già.

Cả HI-pot và cách ly vẫn tuân thủ các yêu cầu an toàn liên quan, có nghĩa là cách ly của LED Driver và bảo vệ chống xâm nhập hơi ẩm vẫn còn nguyên vẹn và nó vẫn có thể chịu được sự gia tăng

PHÂN TÍCH CÁC ĐẶC TUỔI THỌ – CÔNG SUẤT CỦA CÔNG SUẤT ĐIỆN TỬ

Location

Specification

Actual Measurement Value

Input capacitor

C5150µ/450V 105˚C

D=0.24

NCC CLAC:129.6µfD:0.08ESR:0.574Ω
AUX power capacitor

C120

22µ/5V 105˚CD=0.1NCC KY ESR=0.7ΩC:20.9µfD:0.06ESR:0.43Ω

C55

100µ/25V 105˚CD=0.14NCC KY ESR=0.22ΩC:89.4µfD:0.09ESR:0.16Ω

C42

22µ/50V 105˚CD=0.19RUB. YXMC:19.9µfD:0.08ESR:2.2Ω

C52

47µ/35V 105˚CD=0.12RUB. ZLH ESR=0.22ΩC:48.13µfD:0.06ESR:0.183Ω
Output capacitor

C105

330µ/50V 105˚CD=0.1NCC KY ESR=0.22ΩC:312µfD:0.025ESR:0.037Ω

C106

330µ/50V 105˚CD=0.1NCC KY ESR=0.22ΩC:313µfD:0.025ESR:0.04Ω

C107

330µ/50V 105˚CD=0.1NCC KY ESR=0.22ΩC:312µfD:0.025ESR:0.04Ω

C109

120µ/63V 105˚CD=0.09YXG-LLC ESR=0.25ΩC:111.7µfD:0.032ESR:0.101Ω

BẢN TÓM TẮT NGẮN GỌN

Điện dung, D (hệ số tiêu tán) và ESR (điện trở loạt tương đương) đều tuân thủ các thông số kỹ thuật của thành phần ban đầu. Điều này có nghĩa là thiết kế của LED DRiver và các thành phần được chọn đáp ứng các yêu cầu về độ tin cậy lâu dài của MEAN WELL.

PHẦN KẾT LUẬN

Ưu tiên của MEAN WELL khi nói đến thiết kế LED Driver và lựa chọn thành phần là độ tin cậy lâu dài.

Bằng cách thực hiện kiểm tra độ tin cậy (Giới hạn tăng nhiệt độ, đốt cháy ORT, sốc nhiệt, rung, phun muối … vv.) Và đánh giá hiệu suất điện của các tụ điện của LED Driver (cách ly, tuổi thọ … vv.) Có đã được sử dụng trong 10 năm, MEAN WELL đã chứng minh rằng cả thử nghiệm nội bộ của họ đều đáng tin cậy và chất lượng của LED Driver đạt tiêu chuẩn cao.

Việc áp dụng thiết kế hiệu suất cao và lựa chọn tụ điện chất lượng cao đảm bảo độ tin cậy và tuổi thọ của LED Driver.

Lựa chọn thương hiệu LED Driver đáng tin cậy là một trong những phương pháp đơn giản nhất để nâng cấp tuổi thọ của thiết bị chiếu sáng LED.

MEAN WELL sẽ tiếp tục với chính sách Đảm bảo Chất lượng Toàn diện và Sự Hài lòng của Khách hàng để cung cấp các LED Driver hiệu suất tốt nhất.

Vui lòng liên hệ với Aladinled.vn qua số 0947.66.2016