印度古爾岡地鐵增購(gòu)項(xiàng)目客室LED燈照明故障原因分析及改進(jìn)方案

劉拴奇 葉明雪

摘 要：文章簡(jiǎn)要介紹了印度古爾岡地鐵增購(gòu)項(xiàng)目客室LED燈照明出現(xiàn)的故障現(xiàn)象以及改進(jìn)方案。希望通過(guò)文章的概括分析，為今后的相關(guān)內(nèi)容研究提供參考。

關(guān)鍵詞：電阻；電容；電感

中圖分類號(hào)：TM923.34 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）11-0017-02

Abstract： This paper briefly introduces the malfunction phenomenon of LED lamp lighting in the passenger room of the Gurgaon Metro's additional purchase project in India and the improvement scheme. It is hoped that through the general analysis of the article， it will provide a reference for the future research of relevant content.

Keywords： resistance； capacitance； inductance

1 概述

印度古爾岡增購(gòu)項(xiàng)目在運(yùn)營(yíng)三個(gè)多月后，發(fā)現(xiàn)客室照明LED燈板如圖1所示，故障燈板基本都是兩排燈珠不亮。經(jīng)過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)LED故障現(xiàn)基本為單串回路的第一顆LED成開(kāi)路，或者高阻抗?fàn)顟B(tài)，導(dǎo)致LED不亮或者微亮。

2 故障原因及分析

2.1 故障原因

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在單顆LED兩端有反向30多伏尖峰電壓（見(jiàn)圖2），而LED的反向耐壓為5V（標(biāo)稱值，實(shí)際可能優(yōu)于此值）。分析為L(zhǎng)ED燈長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行時(shí)的反向尖峰電壓能量堆積是導(dǎo)致LED故障的主要原因。

產(chǎn)生反向電壓的主要原因是光源板與燈體之間存在分布電容，以及光源板輸入導(dǎo)線之間存在分布電感，盡管這些分布參數(shù)很小但是可能對(duì)電路工作形成一定的影響。

2.2 原因分析

任何導(dǎo)體和與之絕緣體另側(cè)的導(dǎo)體都可以形成電容，這個(gè)電容就是分布電容。因此光源板與燈體之間必定會(huì)存在分布電容，盡管該分布電容很小，但是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間電核的積累。會(huì)對(duì)電路及LED正常工作造成一定的影響。

分布電感指在電路中由于導(dǎo)線和一般元器件的分布而存在的電感，電感是能夠把電能轉(zhuǎn)化為磁能存儲(chǔ)起來(lái)的。當(dāng)線圈通過(guò)電流后，在線圈中形成磁場(chǎng)感應(yīng)，感應(yīng)磁場(chǎng)又會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流來(lái)抵制通過(guò)線圈中的電流。

光源板的原理如圖3所示，一路14顆LED一串，一共5串共70顆LED。每路LED恒流15mA。

LED一直工作在高頻開(kāi)關(guān)狀態(tài)，因分布電感和分布電容的影響部分電路原路圖擴(kuò)展成如圖4所示。

具體說(shuō)明：在電路通電流的瞬間電容會(huì)產(chǎn)生一個(gè)充電脈沖，電感會(huì)產(chǎn)生一個(gè)自感電勢(shì)。因兩者的電流和電壓最大值在時(shí)間相位上有差別，這就造成了兩者的電流或電壓總是在強(qiáng)弱間變化然后產(chǎn)生振蕩。如果無(wú)外部能量繼續(xù)供應(yīng)，這種振蕩是會(huì)隨著電路電流和電壓的穩(wěn)定慢慢停歇的。因LED一直處于高頻開(kāi)關(guān)狀態(tài)，所以這種振蕩會(huì)一直存在。

以一個(gè)LED開(kāi)關(guān)周期進(jìn)行說(shuō)明，一串LED的其中一顆進(jìn)行描述。當(dāng)輸入開(kāi)通時(shí)，分布電感充能（圖5），LED正常導(dǎo)通，因?yàn)長(zhǎng)ED有固定正向?qū)妷?，約3.3V，因此在LED兩端的電壓U1等于3.3V，當(dāng)輸出斷開(kāi)時(shí)，因電感釋放能量（圖6），分布電容充電，此時(shí)LED兩端的電壓就是分布電容充電完畢后的電壓，該電壓約等于電感放電時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。此時(shí)LED存在反向電壓值。

LED正常工作時(shí)處于恒流狀態(tài)，工作電流為15mA，電感電壓U=L（dI/dt），因此電感越大，產(chǎn)生的反向電壓越大。盡管分布電容與分布電感很小，但是經(jīng)過(guò)電容與電感的反復(fù)開(kāi)關(guān)震蕩，會(huì)存在一定的反向電壓。

3 改進(jìn)方案

在綜合驗(yàn)證各方面電氣性能的基礎(chǔ)上得出在電源的輸出端增加RC吸收電路，對(duì)吸收反向尖峰電源具有顯著作用且對(duì)電源模塊本身基本無(wú)影響。如圖7所示。

RC吸收電路是利用電容兩端電壓不能突變的特性來(lái)限制電壓上升率，因電路總是存在電感，所以電容C與電阻R串聯(lián)可起阻尼作用，防止R、L、C電路在過(guò)渡過(guò)程中，因振蕩在電容器兩端出現(xiàn)的過(guò)電壓損壞晶閘管，同時(shí)也避免電容器通過(guò)晶閘管放電電流過(guò)大，造成過(guò)電流而損壞晶閘管。圖8為增加RC吸收電路的LED反向電壓。

從圖8的測(cè)試分析，加入吸收電路可以讓LED的反向尖峰電壓抑制到低于器件標(biāo)稱的反向耐壓值。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)在LED燈電源模塊上增加吸收電路后，本項(xiàng)目列車未再出現(xiàn)類似故障，說(shuō)明該方案可行。

此次反向電壓的形成類似于接觸器原理，不同的是接觸器在開(kāi)關(guān)時(shí)形成的反向電壓被二極管所化解，LED燈的電源模塊在設(shè)計(jì)當(dāng)初未考慮到反向電壓?jiǎn)栴}，故此電源模塊存在著設(shè)計(jì)上的缺陷，因此在設(shè)計(jì)初期應(yīng)該對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行細(xì)致的驗(yàn)證及優(yōu)化，才能使設(shè)計(jì)的產(chǎn)品更加穩(wěn)定地工作。

參考文獻(xiàn)：

[1]邵展圖.電工基礎(chǔ)（第四版）[M].北京：中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2007.