隨著LED路燈在全國各個省市推廣普及應用，LED路燈的可靠性成為路燈設備制造商及使用者關心的問題。目前LED路燈的理論壽命通常在3～5萬小時，但使用一段時間后部分燈具會出現光衰或不亮等現象。LED路燈失效所涉及的技術問題很多，但大致可歸結為路燈的可靠性問題。本文針對LED路燈的可靠性問題進行分析并提出解決方案，供從事LED路燈設計和生產的人員參考。

　　一、 可靠性的定義

　　可靠性是產品在規定條件下和規定時間內完成規定功能的能力。產品的可靠性與外界環境的應力狀態和對產品功能的需求密切相關。理解產品的可靠性可從兩個角度出發，一是產品的層次結構，是指需要根據產品各層次特點開展相應的可靠性工作;二是產品的全壽命周期，是指在需求分析、總體設計、分項設計和生產、試驗、使用、維修維護等過程都需開展相應的可靠性工作。

　　二、 LED路燈可靠性模型

　　按照產品的層次結構，產品的系統層次、裝置層次、部件層次和零件層次都分別有相應的可靠性工作內容，即產品不同層次的可靠性影響因素和薄弱環節各有特點，需要分別開展相應的可靠性工作。影響LED路燈可靠性的主要因素包括器件的種類和數量、額定工作電參數和電應力、額定工作溫度和環境溫度、元器件的質量等級和品質保證等級、器件的降額特性和熱敏感特性、器件的儲存可靠性等。本文主要討論LED路燈系統主要包含的LED模塊、驅動電源模塊、散熱器和連接引線等四部分，出現問題后的解決方案。在分析之前了解LED路燈的可靠性模型對LED路燈可靠性的深入研究有所幫助。

　　產品的可靠性模型是指從可靠性觀點出發，依照系統各單元間存在的功能邏輯關系，用框圖將這種關系表達出來。基本的可靠性模型只有串聯模型和并聯模型兩種。

　　串聯結構模型指的是在構成系統的單元中，只要有一個發生故障，該系統就發生故障的結構。

　　其可靠性數學模型為：

　　R總=R1×R2×R3×R4×…×Rm

　　并聯結構模型指的是只有當所有分系統都出現故障時該系統才發生故障的結構。

　　其可靠性數學模型為：

　　F總=F1×F2×F3×F4×…×Fm;

　　R總=1-F總

　　LED路燈的可靠性數學模型為：

　　R總=R電×R連×R模×R散

　　R表示單元在某一時段正常運行的概率;F表示單元某一時段失效的概率。

　　目前絕大部分的LED路燈的可靠性模型都是串聯模型(如圖1)。

　　三、 提高LED路燈可靠性的解決方案

　　提高產品可靠性大概包括幾個步驟，一是使用中總結分析或通過試驗，發現系統在可靠性上的薄弱環節;二是研究分析導致這些薄弱環節的主要內外因素;三是針對分析得到的問題原因，在技術上、組織上采取相應的改進措施，并定量地評定和驗證其效果;四是完善系統的制造工藝和生產組織。整燈可靠性主要由電源、連接引線、LED模塊和散熱外殼四個組成部件的可靠性決定，以下分別探討各環節的解決方案。

　　1. 驅動電源是LED路燈可靠性中的關鍵因素。統計數據顯示，目前有70%～80%的LED路燈失效由電源失效引起。至于電源失效的原因及其失效機理本文暫不作探討，僅簡要介紹提高電源可靠性的方法：

　　(1) 簡化設計：優化驅動電路結構，合理設計電路，電路越簡單越可靠。

　　(2) 降額設計：降低施加在電子元器件、零部件的電應力和熱應力，以降低電子元器件、零部件的故障率，提高電源可靠性。

　　(3) 熱設計：改變電源的散熱條件，減少溫度對電源的影響。

　　(4) 電源質量管控：在生產和采購電源的時候，可抽取一定樣品量的電源置于高溫箱內，同時監測電源的輸出參數，測試時間和溫度條件根據電源的使用條件而定。

　　2. 連接引線：其失效主要表現為線材老化、連接耦合器失效、連接焊點失效。線材老化的主要原因是線材長期暴露在外受到紫外光照射和酸雨腐蝕等，應盡量避免燈具的連接引線裸露在外，或使用橡膠線等材質的線材。連接耦合器除長期受到紫外光照射、酸雨腐蝕等外部原因外，內部引腳間隙不足也是造成耦合器失效的原因。連接焊點故障主要原因是焊點過厚、過粗降低其機械強度或焊錫的材料在高溫下氧化等;應改善工藝并盡量避免焊點處受力、使用不易氧化過的焊錫。

　　3. LED模塊：由于模塊設計技術的成熟，LED模塊可靠性較為穩定。在設計LED模塊時應根據企業自身需求選取適當的可靠性模型，建議盡量采用混聯模型設計，即由串聯和并聯混合組成的模型以提高模塊的可靠性。

　　4. 散熱外殼：散熱水平影響LED芯片和電源散熱及其壽命，以下三點需加以注意。

　　(1) 散熱外殼設計要避免因為美觀而增加塑料外殼，實驗數據顯示增加塑料外殼可導致整燈外殼溫度增加20K。

　　(2) 在設計散熱外殼的時候盡量把LED電源置于外部，盡量避免把電源封閉于電源腔內部，造成電源的熱積累，降低電源的可靠性和使用壽命。測試數據顯示，置于電源腔內的電源工作環境溫度可達60℃。

　　(3) 需要分析LED路燈的散熱路徑，不要把電源置于路燈的散熱路徑上，否則會影響LED電源的散熱。

　　采取相應措施后需進行相關測試對措施進行評估。可參照GJB 899A-2009 《可靠性鑒定與驗收試驗》內容并結合LED路燈的實際使用條件來設計測試條件。

　　四、 結論

　　產品可靠性可通過設計、生產過程及管理來提高。提高產品可靠性，必須將其納入整個產品壽命周期內，尤其在產品研制階段，利用可靠性工程技術，對產品進行嚴密的監控，才能達到預期可靠性。當產品的系統可靠性出現問題后，可以采用系統的分析方法尋究原因，并有針對性地進行整改并鑒定合格后，可靠性便得以提升。

　　參考文獻

　　[1] 中國國家標準化管理委員會，GB/T 24826-2009普通照明用LED和LED模塊術語和定義[S].中國標準出版社出版(2009)

　　[2] 中國國家標準化管理委員會，GB/T 24824-2009 普通照明用LED模塊測試方法[S]，中國標準出版社出版(2009)

　　[3] 朱清江，《可靠性工程基礎》電子工業出版社(2011)

　　[4] 鹽見弘，《可靠性工程基礎》，科學出版社(1983)

　　[5] 劉露明等，《質量管理與可靠性工程》電子工業出版社(2005)

　　[6] 平立 LED路燈在寒地應用環境下關鍵技術問題分析. [J].半導體照明，2010，11月刊

　　[7] 祝軍生、郝冠軍、李明軍，用電子設備可靠性試驗方法的確定及研究. [J].電子質量，2010，第六期

　　[8] 中國人民解放軍總裝備部. GJB 899A-2009 可靠性鑒定和驗收試驗[S](2009)（本文選自|《半導體照明》雜志2013年第4期）