三极管恒流的LED灯管常烧灯珠，请大家帮忙分析原因，谢谢!

jbpan852 · 发表于 2017-6-23 09:15:00

我们公司生产一批用PWM调光的三极管恒流LED灯管,和没有PWM调光的LED灯管，在客户那里使用两年后有调光的灯管出现大量坏灯,拆开看灯珠有烧黑现象，应该是过流损坏的。
附件是灯管基本的原理图,用DC36V供电，3并11串的灯板，共有4条并联，简单的三极管恒流，然后经过一级MOS管做开关，用来PWM调光，频率是10K.
一天24小时常开的，有人走动时是100% pwm，没人走动时30% pwm。灯珠损坏的多是头尾的灯串，图中圈出来的位置。
公司内部多个技术人员参与了分析，均没有找到答案，所以请论坛的朋友帮忙了

现在问题是：
1、为什么有PWM调光的灯管会损坏灯珠，而没有调光的没有，恒流电路一样
2、为什么损坏的灯珠会多出现在灯串的两头
3、是什么原因造成坏灯的，怎么解决

谢谢!

饭桶 · 发表于 2017-6-23 09:17:47

右下角两个R并联一个电容，1UF的就行

饭桶 · 发表于 2017-6-23 09:19:33

另外，你程序上启动瞬间，单片机复位中是不是输出了高电平，可以在MOS端加下拉电阻。

饭桶 · 发表于 2017-6-23 09:20:17

MOS的栅极加下拉电阻试试吧

1105284241 · 发表于 2017-6-23 09:22:50

头尾散热不良，猜的。可以去掉头尾LED试一试。
还有LED不要并联，串联以后在一大串加电阻在并联比较好。

jbpan852 · 发表于 2017-6-23 09:29:57

应该不是散热不良造成的，因为多时间是30%亮度，灯管外壳温升不大，另外，没有PWM调光功能的灯管没有坏灯的现象，整支灯管电流控制在500mA左右，不应该有过流吧

我也觉得并联有问题，如果一颗灯珠坏了，这串的电流全加在其他的灯珠上面，会造成好的灯珠也会过流

jbpan852 · 发表于 2017-6-23 09:37:23

饭桶发表于 2017-6-23 09:19
另外，你程序上启动瞬间，单片机复位中是不是输出了高电平，可以在MOS端加下拉电阻。 ...

谢谢回复，有加下拉电阻的，另外并个1UF电容的目的是什么？

饭桶 · 发表于 2017-6-23 09:43:40

尽量减小开机瞬间冲突，钳制电位。

饭桶 · 发表于 2017-6-23 09:44:40

加电容未必是1UF，可以从小的值测试一下，用示波器扑捉开机瞬间LED上电波形。

postek · 发表于 2017-6-23 10:33:10

不调光的一直是最大亮度么？
我估计，把10K 降低到5K，损坏的几率将降低。
另外，36V和GND之间，有电容么？在板子上的。

jbpan852 · 发表于 2017-6-23 10:58:32

postek 发表于 2017-6-23 10:33
不调光的一直是最大亮度么？
我估计，把10K 降低到5K，损坏的几率将降低。
另外，36V和GND之间，有电容么？ ...

以前是1K频率的PWM，也是容易坏，正因为找不出问题，后来改成10K的，板上36V和GND之间没有大电容的，我们是使用恒压的开关电源供电

postek · 发表于 2017-6-23 11:01:42

jbpan852 发表于 2017-6-23 10:58
以前是1K频率的PWM，也是容易坏，正因为找不出问题，后来改成10K的，板上36V和GND之间没有大电容的，我们 ...

改成10K的之后，故障率应该是提高了吧？

postek · 发表于 2017-6-23 11:10:46

在成本和体积能接收的前提下，选个大电容加上。如果可能的话，换个型号的开关电源试试。

jbpan852 · 发表于 2017-6-23 11:32:43

postek 发表于 2017-6-23 11:10
在成本和体积能接收的前提下，选个大电容加上。如果可能的话，换个型号的开关电源试试。 ...

谢谢你的建议，我去试验一下

lcw_swust · 发表于 2017-6-23 11:42:53

饭桶发表于 2017-6-23 09:17
右下角两个R并联一个电容，1UF的就行

我觉得这样不对，这会使得电流反馈不及时，MOS管导通的瞬间会让左边三极管关断、右边三极管直通。
电容应加在左边三极管的CE极，或加在LED两端。

sinone · 发表于 2017-6-23 11:43:24

全部单30%和全部单100%测试亮度测试看看

会不会是在感应到后，由30%转换到100%时造成的？

dongxia · 发表于 2017-6-23 12:27:04

用示波器测下电流波形，看是否存在有尖峰电流

RAMILE · 发表于 2017-6-23 12:43:33

先问是不是，再问为什么

给出你们损坏的故障百分比，大量是多大的量

jbpan852 · 发表于 2017-6-23 13:00:09

RAMILE 发表于 2017-6-23 12:43
先问是不是，再问为什么

给出你们损坏的故障百分比，大量是多大的量

你好，我们共出了230支，出问题的现在有65支，这个比例太大了，现在都不敢用这个方案

jbpan852 · 发表于 2017-6-23 13:01:21

dongxia 发表于 2017-6-23 12:27
用示波器测下电流波形，看是否存在有尖峰电流

我们用示波器有测过整支灯管的电流，没发现有尖峰

jbpan852 · 发表于 2017-6-23 13:05:07

lcw_swust 发表于 2017-6-23 11:42
我觉得这样不对，这会使得电流反馈不及时，MOS管导通的瞬间会让左边三极管关断、右边三极管直通。
电容应 ...

我也是这样认为的，但是用什么方法可以测量出来，或者有个数据支持，这样老板才相信

jbpan852 · 发表于 2017-6-23 13:11:11

sinone 发表于 2017-6-23 11:43
全部单30%和全部单100%测试亮度测试看看

会不会是在感应到后，由30%转换到100%时造成的？ ...

这个故障很难模拟出来，我们出货前都经过一星期的老化，
另外，在工厂内部也有使用10多支这种灯管,都没有问题，很是奇怪的

饭桶 · 发表于 2017-6-23 13:39:45

实物图看看

wye11083 · 发表于 2017-6-23 14:54:48

jbpan852 发表于 2017-6-23 13:11
这个故障很难模拟出来，我们出货前都经过一星期的老化，
另外，在工厂内部也有使用10多支这种灯管,都没有 ...

你的led是这么并的？不可靠。因为led性能差别太大了。

建议是N串M并--即一个一个的串，然后再一串一串的并，要求高的地方还要加均流电阻。

因此你这种N并M串的麻烦就来了：一组内LED只要有一个不均衡（电压偏大），就会导致另外的LED电流过大。而且你要考虑到一个因素：你没有串均流电阻，电路pwm开通瞬间电流是很大的（3mA*hFE，小电流放大效率一般不会太低了），也就是说，在PWM冲击过程中，虽然灯管没坏，但是那些电压偏低的灯珠已经老化了！！！在常亮剧烈发热时必死！！！！我估计你灯管坏的位置也是不确定的！比如有的是第一条，有的是第二条，等等。

解决方案也很简单，在输入到每串led加个足够大的限流电阻（按36-led串正常工作电压再加个0.5～1V作为限流电阻压降，每串分别加，这样保证三极管能达到最大电压）。你又不是buck/boost恒流输出，人家有软启动，你没有，你直接硬启动，怎能不加均流呢？

jbpan852 · 发表于 2017-6-23 15:19:24

wye11083 发表于 2017-6-23 14:54
你的led是这么并的？不可靠。因为led性能差别太大了。

建议是N串M并--即一个一个的串，然后再一串一串的 ...

谢谢，分析很透切，我将各位的信息也提供给上司看看，应该是要改设计了

jbpan852 · 发表于 2017-6-23 15:39:27

技术员用示波器测量LED压降，在30% PWM时(调光状态下)，测得第一串和最后一串的压降比较高,电压有,4.8V-7.6V,中间的灯串比较一致，大概是2.5V，他们问为什么会这样，我也没法解释

但是在100%时，各串压降就均匀了，大概在3.0V-3.1V左右。

下面是部份的产品图片，不知道对各位分析是否有帮助

EZYH2 · 发表于 2017-6-23 16:08:07

我以前也做过这种电路，可以发现99%时比100%还亮，在PWM时恒流电路还没有稳定工作，很有可能是加载在LED上的电压过高导致瞬间电流过大烧坏（LED特性，电压升一点点电流就可以成倍增加）。LZ可以试一下把MOS管组合在限流电阻那里（串或并），做一个“可调”的限流电阻，效果可能会比较好

NJ8888 · 发表于 2017-6-23 16:31:13

换热端驱动代替冷端驱动pwm

RAMILE · 发表于 2017-6-23 16:53:07

本帖最后由 RAMILE 于 2017-6-23 16:54 编辑

的确是一边损坏的多

我认为是高频分量导致的，10KHz中的高频分量是造成损坏的核心要素

如果是过流，那么损坏的概率应该是均匀分布，不应该连续一段的损坏

解决方案，就是在横流后串联100uh电感，并加肖特基SS54二极管续流，基本消除高频分量

ps遵循EMC设计是电子工程师的设计美德

jbpan852 · 发表于 2017-6-23 17:18:45

RAMILE 发表于 2017-6-23 16:53
的确是一边损坏的多

我认为是高频分量导致的，10KHz中的高频分量是造成损坏的核心要素

一开始我们是用1K的，也是有很多坏品，我们技术员分析说有反向电压冲击倒至损坏，后来才改成10K的，这样他们测量出来反向电压小很多,

现在的问题依旧，也就是说我们技术员分析是错的.

另外，哪来的反向电压，不理解

RAMILE · 发表于 2017-6-23 17:33:22

分布电感电容很难察觉到，最好找个示波器，观察各LED段的波形，数字DSO有可能观察不到，试试模拟的

R8C · 发表于 2017-6-23 17:59:18

换恒流IC

rainbow · 发表于 2017-6-23 19:59:43

EZYH2 发表于 2017-6-23 16:08
我以前也做过这种电路，可以发现99%时比100%还亮，在PWM时恒流电路还没有稳定工作，很有可能是加载在LED上 ...

这种现象我们这叫做过冲，空载电压比负载高的原因。

OOXX110 · 发表于 2017-6-23 20:36:06

EZYH2 发表于 2017-6-23 16:08
我以前也做过这种电路，可以发现99%时比100%还亮，在PWM时恒流电路还没有稳定工作，很有可能是加载在LED上 ...

你的分析是对的。

YS126 · 发表于 2017-6-24 09:49:17

RAMILE 发表于 2017-6-23 16:53
的确是一边损坏的多

我认为是高频分量导致的，10KHz中的高频分量是造成损坏的核心要素

赞同这个分析，应该是PWM的开关信号，导致反向电势过高击坏。

YS126 · 发表于 2017-6-24 09:51:50

在power supply 与NPN管之间并一个续流二极管

BOBOD3610 · 发表于 2017-6-24 13:57:18

我艹，你敢先并再串，早晚载到这上！

风来无声 · 发表于 2017-7-6 13:00:52

之前听过一个专家讲过上海外滩的观景灯设计可以参考下在开启的瞬间和关断的瞬间会有比较大的电压冲击这就比较容易理解为什么PWM的方式容易坏，理论上是频率越高越容易坏，楼主你可以先用这个电路（将负载灯减少看下是否OK），这种电路建议前端加一个电感来抑制启动和关断瞬间的电压涌动

jbpan852 · 发表于 2017-7-6 13:23:27

风来无声发表于 2017-7-6 13:00
之前听过一个专家讲过上海外滩的观景灯设计可以参考下在开启的瞬间和关断的瞬间会有比较大的电压冲击 ...

谢谢！
我现在改用IC恒流方案，简单的三极恒流应该不适用于PWM调光，LED灯板也改成11串再并，中间也串了一个电阻

su33691 · 发表于 2017-7-6 18:11:17

既然供电电压稳定，还要什么恒流源？多加个电阻的事。

jbpan852 · 发表于 2017-7-7 08:50:57

开关电源设计是恒流的，最高电压在35-36V之间，负载大的情况下电压会降一些，加了恒流主要是保证每个产品参考一致，楼上提到直接加个电阻，
这样对产品可靠性是否有影响呢？

LM1876 · 发表于 2017-7-7 09:07:55

都是头尾？会不会是因为头尾散热不足？串联灯珠热的电阻会增大，这组灯的功耗就变大，也就更热，恶性循环。。

jbpan852 · 发表于 2017-7-7 11:41:23

是的，损坏的多是灯板的头尾，按理说不会是过热的原因，因为常规的灯管，没有调光的，灯板也是一样的，在客户那里也有两年多了，没有投诉过，
只有可调光的灯管有问题

dykwai1 · 发表于 2017-7-7 15:35:18

可能的原因
LED应该先串后并，且应加均流电阻，否则很可能出现偏流情况
LED上并反向二极管，长电流导线存在分布电感，会产生反向电动势
另外，建议降低开关频率，控制开关边沿别太快，软一些

jbpan852 · 发表于 2017-7-7 16:48:35

谢谢！后面的版本是这样更改了

三极管恒流的LED灯管常烧灯珠，请大家帮忙分析原因，谢谢!

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