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【金鉴出品】“七问七答” 解开雷击浪涌之谜!发布时间:2019-08-28


金鉴实验室在灯具可靠性测试方面有丰富的经验及雄厚的实力,为国内众多灯具厂提供LED可靠性试验及其试验后的失效分析和技术咨询。金鉴实验室拥专业的团队、技术与积累的行业经验,能够准确快速的找到可靠性测试或者认证测试后灯具失效的原因。通过失效分析确定LED的失效机制,在生产工艺以及应用层面进行研究改善,提高LED灯具的可靠性。


金鉴实验室拥有CNAS、CMA资质,是国家认可LED材料表征与失效分析公共技术服务平台,拥有全套可靠性测试设备,协助客户验证原材料、方案设计、生产工艺等需求金鉴实验室提供雷击浪涌测试服务,业务咨询:18811843699(微信同号),金鉴周工



服务对象:照明灯具厂、封装厂、芯片厂家、电源厂。

服务内容:

1:检测灯具雷击抗扰度等级。
2:检测电源雷击抗扰度等级。
3:雷击浪涌电路评估与提供整改方案。
4:雷击浪涌现场整改测试。


关于“雷击浪涌测试”的常见问题,小编荣幸地邀请到了金鉴资深失效分析工程师周工来为我们解答。


问题一:什么是浪涌?

答:沿着线路或电路传送的电流、电压或者功率的瞬态波,其特征是先快速上升后缓慢下降。


问题二:雷击/浪涌测试目的?

金鉴实验室周工指出,GB/T 17626.5-2008 / IEC 6100-4-5:2005两个标准规定了设备由开关和雷电瞬变过电压引起的单极性浪涌(冲击)的抗扰度要求,本部分的目的是建立一个共同的基准,以评价电气和电子设备在遭受浪涌(冲击)时的性能。本部分规定的试验方法用来评定设备或系统对规定现象的抗扰度。


问题三:浪涌产生的原因?

金鉴实验室资深电源失效分析工程师周工表示,导致浪涌产生的主要原因有两个,一是电力系统开关瞬态,二是雷电瞬态。具体可以细分为这些:


1.电力系统开关瞬态

1)主要的电力系统切换骚扰,例如电容器组的切换,电容瞬间放电或者充电;
2)配电系统中较小的局部开关动作或者负载变化;
3)与开关器件有关的谐振现象;导致电压出现振荡波形;
4)各种的系统故障,例如设备组合对接地系统的短路和电弧故障。


2.雷电瞬态
1)直接雷,它击于外部(户外)电路,注入的大电流流过接地电阻或外部电路阻抗而产生电压;
2)间接雷(即云层之间或者云层中的雷击或击于附近物体的雷击产生的电磁场),他在建筑物内、外导体上产生感应电压和电流;
3)附近直接对地放电的雷电电流,当他耦合到设备组合接地系统的公共接地路径时产生感应电压;
4)雷电保护装置动作时,电压和电流可能迅速变化,并可能耦合到内部电路。



问题四:试验的等级?


答:该等级为优先测试等级,该标准做了规范,具体测试等级的选择根据客户或自己公司标准做变动。金鉴实验室也会根据客户提出的雷击浪涌测试等级要求制定具体测试方案。




问题五:试验设备/组合波发生器?

答:

1.通信线
要求:对称通信线的端口,使用10/700us组合波发生器;

10/700us组合波发生器:

1.开路电压;
要求:开路电压波前时间10us;开路电压半峰值时间700us。
2.短路电流。
要求:短路电流波前时间5us;短路电流半峰值时间320us。


2.电源线、互连线
要求:电源线和短距离信号互连线,使用1.2/50us的组合波发生器。

1.2/50us的组合波发生器:
1.开路电压;
要求:开路电压波前时间1.2us;开路电压半峰值时间50us。
2.短路电流。
要求:短路电流波前时间8us;短路电流半峰值时间20us。

综上:因为照明行业均采用电源线设计,所以一般照明/电源行业均采用1.2/50us的组合波发生器进行雷击浪涌测试。

1.2/50μs-8/20μs 波形参数的定义:



问题六:LED死灯与雷击浪涌的关系?


答:金鉴实验室周工表示,十年来一直从事LED失效分析,接触到各种各样的失效案子,导致LED死灯的原因有很多种,除了灯珠自身质量缺陷、外部环境之外,还有驱动电源缺陷。驱动电源缺陷很难分析,因为电源缺陷(尤其是开关瞬间或雷击导致的浪涌电流)造成LED死灯之后,LED电源往往没有明显异常。出现这类失效现象时,为失效买单的往往是LED灯珠生产厂家,有的时候真是“哑巴吃黄连,有苦说不出”,而罪魁祸首LED电源厂家确可以逍遥法外。

金鉴实验室经过长时间的实验验证以及对LED电源电路设计分析,我们对失效品进行表征分析后可以有效判定是否是LED电源缺陷导致LED死灯。


下面我们进行一些案例分享......


案例分享:


某知名LED灯具客户送测一款户外照明灯,表示出现了批量死灯的情况,该客户诉说这批灯具涉及的货量金额都比较大,如果找不出具体原因,一是责任不清,无法交代,还有后面的生产线都得停工整顿,急需委托金鉴实验室查明具体失效原因。




金鉴工程师仔细检查该批失效灯具,发现LED灯珠死灯失效和IC击穿失效,而且失效位置较固定。


金鉴工程师对失效灯珠1和失效灯珠2分别使用9V@10mA进行I-V电性测试,可以观察到失效灯珠均出现开路失效。



金鉴工程师取失效灯珠1和2在X-RAY下进行观察,可观察到失效灯珠1的P电极断线开路;失效灯珠2未见明显异常。


金鉴工程师对失效灯珠1和2进行物理开封后在SEM下观察,可观察到失效灯珠1的P电极、金道、外延层以及芯片桥接处均烧毁;失效品灯珠2金道、外延层以及芯片桥接处均烧毁。




金鉴工程师取失效品1灯具修复后的灯具进行雷击测试验证性试验,参照标准(IEC 61000- 4- 5)。
测试条件:耦合L→N;电压±4KV;自动相位;间隔:60S,次数:各5次。
测试结果:灯具出现失效,贴片保险管烧毁,第一段灯珠有3PCS死灯失效。



金鉴工程师取失效品2灯具修复后的灯具进行雷击测试验证性试验,参照标准(IEC 61000- 4- 5)。
测试条件:耦合L、N→PE;电压±6KV;自动相位;间隔:60S,次数:各5次。
测试结果:灯具出现失效,IC出现烧毁,第一段部分灯珠出现死灯失效。




综上:雷击会导致灯具出现死灯失效。


金鉴工程师随机取差模雷击和共模雷击测试失效品进行表面观察,均可观察到失效品胶面烧毁发黑现象。


对差模雷击和共模雷击测试失效品分别进行物理开封后在SEM下观察,差模雷击测试失效品金道、外延层以及芯片桥接处烧毁;共模雷击测试失效品P电极、金道、外延层以及芯片桥接处均烧毁。


综上,雷击浪涌测试失效现象与委托单位送测失效品失效现象基本一致。


金鉴工程师取失效品1灯具上死灯灯珠修复后通电测试:



1.开启时灯具会出现闪烁后再稳定点亮灯具,说明是整流后滤波电容过小(单颗贴片电容量为22nF),另外该滤波电容使用过小,雷击吸收作用较小。建议使用电解电容并加大电容量。


2.作为户外产品,电路中未架构共模雷击吸收电路设计,存在雷击失效可能性,说明设计中存在设计缺陷。


综上:因电源电路中雷击回路设计缺陷导致LED灯珠灯珠失效。


问题七:雷击浪涌导致电子设备的失效机理?



金鉴工程师周工表示,雷电是雷云与大地间或带异号电荷雷云的放电现象,可引起破坏作用的雷云对地面放电,同时绝大多数引起破坏性作用的雷云是带负极性(负电荷)的,当带有负电荷的雷云在物体上空时,由于空中电磁场效应,地面物体朝向雷云的表面将聚集相应的异性电荷(正电荷)。


当雷云的电荷与其他物体或雷云间放电后,雷云内的负电荷迅速消失,电磁场效应也立即消失,聚集在物体表面的正电荷也立即流向大地,由于电流较大,会因为在流动的路径上由于电阻的原因产生很大的电压,这个电压就是感应雷击的过电压。而且这个过电压会对附近的金属物体进行放电,发生感应雷击;也有可能传入电气回路中,造成用电器感应过电压而损坏。


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