原创 您的LED驱动器拓扑有多可靠？看一看故障率便可决出胜负

作者：飞兆半导体公司Brian Johnson和Raymond Oakley

平均故障间隔时间(MTBF)是衡量各个部件的可靠性的快速方法。如果某一种MOSFET器件的MTBF高于另一种MOSFET器件，则具有较高MTBF的MOSFET能够在现场正常工作而不出现故障的时间会更长。

但是，如果想要将一个部件的材料清单(BOM)与另一个部件的材料清单进行比较会怎么样呢？能不能将每个元件的MTBF简单地加在一起，来确定总体可靠性呢？可惜的是：不可以。这是因为MTBF代表的是出现故障的小时数，按照加法计算是不起作用的。然而，故障率，一个代表每小时发生故障的次数，是可以相加。庆幸的是将MTBF转换成故障率仅是一个很简单分数关系。以下是公式：

一旦将每个器件的MTBF转换成故障率，便能够开始根据材料清单来评估总体可靠性了。

我们看一下各种LED驱动器的材料清单。例如，我们使用了带有10W负载的小功率A19设计，并假设类似的元件适用于五种拓扑。表1列出每个元件和其相关的FIT数值，其中光耦合器的故障率最高。(注意：FIT数值不包含加速因素)。

表1. 样品器件的故障率

下面，我们将这些数值应用于五种常用拓扑的LED驱动器BOM。表2列出了元件数目和最终FIT数值。

表2. 常用LED驱动器拓扑的FIT数值

表2显示出更多的元件会导致更高的故障率，而增加一个电解电容会降低可靠性。

表2并未反映焊点疲劳带来的影响。如果假设每个元件有两个焊点，FIT率将上升，但是因为焊点与元件数目相关，表2的相关顺序不发生改变。

表2也没有考虑温度、电压、电流及其他环境应力等因素对总体可靠性的影响。高温对LED元件的损害尤其大，是替代灯泡的真正问题。这一点在住宅用下射灯中尤为突出，因為白炽灯泡所用灯座不能为LED灯泡提供足够的气流。

图3 所示为FIT率最低的拓扑布局，这是非隔离型降压拓扑，没有电解电容，使用FL7701驱动控制器IC。

图3. 使用FL7701非隔离型降压拓扑

FL7701集成有功率因数校正(PFC)。可以从使用小型陶瓷维持电容的整流离线输入来供电。这样就可省去输入端的电解电容，也不需要用于IC的自偏置电源轨。

输出端对流经LED的纹波电流的要求相当宽松，可以省去电解电容。纹波电流的存在会缩短LED的使用寿命，但总的来讲，取消电解电容，意味着灯具具有更高的可靠性。相反地，如图2所示，包含了电解电容，基于FL7701的设计仍然具有较低的FIT率。

结论

我们使用的简单计算结果并不是对LED驱动器可靠性的最终预测。增添加速因数和完成寿命试验十分重要，这样可以看到驱动器在实际环境中的反应。不 过，我们的计算对于了解每种拓扑的折衷权衡是有用的。如果适当地控制LED驱动器的环境温度，非隔离型降压拓扑可以使用最少的元件，从而获得最佳的FIT 率。