
失效分析
優(yōu)爾鴻信
LED顯示屏模組燒毀分析
優(yōu)爾鴻信檢測技術(深圳)有限公司
獨立公正|客觀專業(yè)|精密準確|科技先鋒
一
測試背景
客戶反饋其LED格柵燈在使用時出現(xiàn)大量產品死燈現(xiàn)象,經客戶排查發(fā)現(xiàn)LED燈驅動器主板電解電容漏液,主板有打火跡象,不良率約30%。故送測4個新品和5個不良品委托實驗室進行分析,以期找到失效的原因。
LED格柵燈失效后未立即斷電,繼續(xù)使用一段時間,后因出現(xiàn)大量產品失效而停止使用;失效現(xiàn)場有大約20臺功率為3KW的電焊機同時使用。以上信息由客戶提供。
二
分析方案
①X-Ray檢測:對樣品內部結構進行二維透視成像
②電性測試:定位樣品“微短路”缺陷位置
③浪涌模擬實驗:三維重構樣品內部缺陷特征
④電解電容電參數(shù)測試:暴露樣品內部微短路缺陷
⑤SEM-EDS分析:觀測樣品內部微短路缺陷形貌并確認成分
⑥分析結論
三
失效現(xiàn)象確認
● 取不良品1#,通電,一個燈不亮;取下該燈的驅動電源,與新品的驅動電源互換,發(fā)現(xiàn)不良品燈珠正常點亮無異常,僅一個驅動電源損壞。

● 拆解不良驅動電源,發(fā)現(xiàn)保險絲已燒毀,電解電容鼓包漏液,部分二極管短路,恒流驅動芯片短路。

● 取不良品2#,通電,失效現(xiàn)象類似于不良品1#,為驅動電源損壞。


2# 主板損壞狀況比1#更嚴重,電解電容除漏液外絕緣電阻下降,變壓器位置有打火現(xiàn)象。壓敏電阻被擊穿,恒流驅動芯片及部分二極管短路。
不良品3#、4#、5#驅動電源主板損壞狀況同不良品2#相同。
四
分析過程
4.1 電解電容分析:
● 電解電容焊接檢查,未發(fā)現(xiàn)正負極接反。取不良品2#上的電解電容及1個良品上的電解電容進行外觀檢查及X-RAY檢查。


不良品電解電容頂部鼓包漏液,X-RAY檢查未發(fā)現(xiàn)明顯異常。不良品電解電容俯視圖電解紙及鋁箔紋路不清晰,應與其漏液有關,新品未見明顯異常。
● 取不良品2#、3#上的鼓包電容、未鼓包電容及3個新品上的電解電容進行電參數(shù)測試。

鼓包電容電參數(shù)嚴重漂移,新品上的電容電參數(shù)未見異常。
● 解剖觀察,取不良品2#及3#的鼓包電容進行解剖

兩個鼓包電容解剖后均未發(fā)現(xiàn)明顯的擊穿燒毀跡象,但鋁箔上均有一些位置顏色異常,推測為高溫造成。
4.2 浪涌模擬實驗:
浪涌也叫突波,指超出正常工作電壓的瞬間過電壓。本質上講,浪涌是發(fā)生在僅僅幾百萬分之一秒時間內的一種劇烈脈沖??赡芤鹄擞康脑蛴校洪W電、市電故障、接地不良、重型設備、短路、電源切換或大型發(fā)動機。其結果可能會造成數(shù)據丟失(或損壞)甚至設備的損毀,而其中以閃電破壞性最強。閃電擊中以及觸點開關產生的瞬間放電或電弧放電引起的電涌,從現(xiàn)象上看有:
1)飛弧:在被損的部件上留下明顯的電弧痕跡;
2)電暈:在絕緣體表面上,有明顯的電蝕痕跡,被蝕部位絕緣下降;控制電路的IC等組件損壞;一般電子設備、家用電器的整流組件、穩(wěn)壓組件損壞;接地故障成設備帶電(單相接地):造成設備相間短路(電機相間短路)。
● 為確認LED失效是否為浪涌過電壓擊穿造成的,對新品進行浪涌模擬實驗。
實驗參數(shù)如下:
1)電壓400-3KV,相位角0-270°,步進90°,時間60s,循環(huán)5次;
2)電壓3.8KV,相位角0-270°,步進90°,時間60s,循環(huán)5次;
3)電壓4KV,相位角0-270°,步進90°,時間60s,循環(huán)5次;
4)電壓10KV,相位角0-270°,步進90°,時間60s,循環(huán)5次;

實驗結果:
1)電壓從400V逐步升至3KV時,測試品正常工作未見異常。
2)當電壓為3.8 KV時,一個燈死燈失效,拆開該燈驅動器后發(fā)現(xiàn)主板有打火現(xiàn)象,電解電容正常,未發(fā)生鼓包漏液現(xiàn)象。經電測,保險絲未燒斷,但恒流驅動芯片已短路,其它元器件正常。繼續(xù)給失效主板通220V交流電,用熱成像儀監(jiān)測電解電容溫度,發(fā)現(xiàn)其未繼續(xù)工作產熱,因此后續(xù)不會有鼓包漏液的可能。
測試中保險絲未起到保護作用,壓敏電阻未起到浪涌保護作用。

3)當電壓為4KV時,一個燈死燈失效,拆開該燈驅動器后發(fā)現(xiàn)主板有打火現(xiàn)象,電解電容正常,未發(fā)生鼓包漏液現(xiàn)象,變壓器有燒毀痕跡。經電測發(fā)現(xiàn),該主板保險絲已燒毀,壓敏電阻擊穿。

4)當電壓為10KV時,通電20s左右,測試品兩個燈死燈失效,拆開該燈驅動器后發(fā)現(xiàn)主板無打火現(xiàn)象,電解電容正常,未發(fā)生鼓包漏液現(xiàn)象。經電測,主板保險絲已燒斷,其它元器件正常。測試中保險絲在高壓時起到保護作用。

該驅動器主板采用1.6A保險絲及560V壓敏電阻(防浪涌)保護電路,電解電容的作用是穩(wěn)壓濾波,電壓經變壓器變壓后,經過驅動芯片輸出穩(wěn)定的電流。
通過浪涌實驗發(fā)現(xiàn),此驅動電源主板采用1.6A的保險絲加壓敏電阻保護電路,在一定條件下不能對電路起到保護作用,如4KV左右出現(xiàn)芯片燒毀但保險絲及壓敏電阻均正常的現(xiàn)象。
雖然在浪涌過電壓下,可以出現(xiàn)死燈、元器件失效及打火現(xiàn)象,但不能完全模擬出電容爆漿現(xiàn)象,所以浪涌應該不是導致LED失效的主要原因。
4.3 諧波分析:
電解電容爆漿漏液的原因如下:
1)環(huán)境溫度過高;2)使用電壓超出工作電壓;3)逆向電壓;4)諧波電流。
當電容的內部溫度達到電解液的沸點時,電解液開始沸騰,電容內部的壓力升高,當壓力超過泄爆口的承受極限就發(fā)生了爆漿。
從上述測試結果可知,電解電容無極性接反現(xiàn)象,可排除逆向電壓;不良電容拆解后未發(fā)現(xiàn)擊穿燒毀跡象;在浪涌過電壓實驗,新品電容未出現(xiàn)擊穿燒毀現(xiàn)象;結合不良主板壓敏電阻失效現(xiàn)象,推測LED失效與諧波電流有關。
上述提到,失效現(xiàn)場有20臺電焊機(每臺3KW)同時工作,電焊機是典型的非線性負載,在使用時會產生諧波。諧波主要存在以下危害:
1)會顯著縮短白熾燈的壽命;
2)會使保險絲電流特性曲線位移,造成非正常停電;
3)會對電動機造成附加損耗,產生機械振動與噪聲;
4)會造成大量的電力損失;
5)會使電容器發(fā)熱、鼓包、擊穿或爆炸;
6)會使電子設備誤動或拒動,造成系統(tǒng)故障;
7)會對電壓表、電流表、功率表、電能表等計量產生誤差,造成錯誤信息;
8)干擾網絡通信,收音效果或造成視聽中斷;
9)對產生諧波的設備自身造成損害等。
諧波電流的存在常使電容器發(fā)生異常,嚴重時引起電容器鼓包、擊穿甚至爆炸。發(fā)生這種情況的主要原因是:
1)高次諧波電流疊加于基波電流,使電容器總電流增大;
2)某一高次諧波在系統(tǒng)感抗和電容器容抗之間引起并聯(lián)諧振,使流入電容器的電流成倍增長;
3)電容器內部對某一高次諧波發(fā)生局部串聯(lián)諧振,從而引起過負荷。
五
結論及建議
1)電性測試結果發(fā)現(xiàn)不良電解電容電參數(shù)漂移,新品電解電容電參數(shù)未見異常。
2)解剖失效的電解電容后,未發(fā)現(xiàn)明顯的擊穿燒毀跡象。
3)浪涌過電壓下,可以出現(xiàn)死燈、元器件失效及打火現(xiàn)象,但不能完全模擬出電容爆漿現(xiàn)象,所以浪涌應該不是導致LED失效的主要原因。
4)LED格柵燈失效現(xiàn)場同時使用20臺3KW電焊機,電焊機產生的諧波會使電容鼓包擊穿甚至爆炸,推測諧波是造成LED燈失效的主要原因。
改善建議:
1)建議給電焊機的電源上加裝交流電抗器。
2)建議電焊機單獨接電,避免同LED格柵燈一起接線。