LED灯具寿命模型的建立与可靠性分析

发布时间：2017-04-09 09:18

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【摘要】：LED灯具作为第四代照明器件,凭借其体积小、耗电量低(低电压、低电流启动)、寿命长(寿命是普通荧光灯的10倍)、发光效率高等特点,应用领域正日益扩大。但是由于其发展历史较短,产品的设计缺乏经验积累,缺少有效的可靠性检验手段,使得灯具的实际使用寿命与理论寿命之间存在较大出入。对LED整灯和主要子系统进行失效机理和故障模式分析,是提高LED灯具使用寿命和可靠性水平有效的途径。本文以某公司提供的同一型号LED灯具作为研究对象,探索高应力水平下的失效机理,通过可靠性加速寿命试验和有限元仿真分析,对在高应力水平下LED灯具样品可靠性指标进行分析,从而在短时间内得到高准确度的LED灯具的寿命模型,为生产厂家的验证和筛选试验提供理论依据,这对于提高LED灯具的可靠性水平有着重大的科学意义和经济效益。基于以上原因,本文主要进行了以下几个方面的研究:1.从LED灯具发光原理入手,结合试验样品内部结构和性能特性,依据可靠性分析方法,分析样品在高应力条件下的失效模式和失效机理,将LED灯具划分为3个子系统,以便于确定系统的薄弱环节,帮助评估系统的整体可靠性水平。2.基于失效模式分析对LED灯具进行探索试验,确定加速试验应力水平,设计合理可靠的实验方案和检测系统,分别对LED封装子系统和LED灯具进行恒温老化试验和加速寿命试验,结合试验数据,分析试验结果,发现了影响LED封装和LED灯具的主要环境因素。3.针对LED封装和驱动电路板子系统进行有限元热分析和模态分析,以仿真结果作为基础,发现了LED灯具的失效形成原因和失效部位,揭示了芯片和电解电容分别为LED封装和PCBA的薄弱环节。4.基于大量的试验数据,根据Arrhenius模型结合统计学中的最小二乘法和显著新分析法对LED灯具进行寿命预测,并建立寿命模型。利用FMECA可靠性分析方法,分析得出LED灯具的主要失效形式有芯片材料缺陷引起光衰和硅胶性能退化等,针对LED灯具薄弱环节提出改进措施,从而为LED灯具的质量和可靠性水平提高奠定夯实基础。
【关键词】：LED灯具 失效模式 可靠性 加速寿命试验 寿命模型
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM923.34
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 引言9-16
• 1.1 课题来源9
• 1.2 课题研究的目的与意义9-10
• 1.3 LED灯具可靠性技术研究现状10-13
• 1.4 本文研究主要方法13-15
• 1.5 本文研究的主要内容15-16
• 第2章 LED灯具的失效机理分析16-22
• 2.1 LED灯具基本原理16-18
• 2.1.1 LED发光原理16-17
• 2.1.2 LED灯具内部结构17-18
• 2.2 LED灯具可靠性框图18-19
• 2.3 LED灯具的失效模式分析19-21
• 2.3.1 典型失效模式19-20
• 2.3.2 LED灯具失效分析方法20-21
• 2.4 本章小结21-22
• 第3章 LED灯具可靠性加速试验22-36
• 3.1 可靠性加速寿命试验22-24
• 3.1.1 试验基本原理22
• 3.1.2 典型寿命预测模型22-24
• 3.2 可靠性加速寿命试验方案设计24-25
• 3.3 LED封装恒温老化试验方案25-31
• 3.3.1 实验方案设计25-28
• 3.3.2 测试系统28-29
• 3.3.3 试验及结果分析29-31
• 3.4 LED灯具加速寿命试验方案31-35
• 3.4.1 实验方案设计32-33
• 3.4.2 测试系统33-34
• 3.4.3 加速因子设定34
• 3.4.4 试验及结果分析34-35
• 3.5 本章小结35-36
• 第4章 LED灯具失效仿真分析36-45
• 4.1 有限元仿真36-37
• 4.2 LED封装热分析37-41
• 4.2.1 实体模型建立37-38
• 4.2.2 设置单位类型和材料属性38-39
• 4.2.3 网格划分39-40
• 4.2.4 LED封装仿真结果分析40-41
• 4.3 PCBA模态分析41-44
• 4.3.1 实体模型建立41-42
• 4.3.2 参数设定42-43
• 4.3.3 PCBA仿真结果分析43-44
• 4.4 本章小结44-45
• 第5章 LED灯具寿命模型建立与可靠性分析45-57
• 5.1 LED模组寿命预测45-47
• 5.2 LED灯具寿命模型建立47-50
• 5.2.1 LED灯具寿命模型47-48
• 5.2.2 显著性分析48-50
• 5.3 基于FMECA的LED灯具可靠性分析50-56
• 5.3.1 FMECA分析方法50
• 5.3.2 功能结构框图50-52
• 5.3.3 MECA表格设计与分析52-56
• 5.4 本章小结56-57
• 第6章 结论与展望57-59
• 6.1 主要研究结论57-58
• 6.2 展望58-59
• 参考文献59-62
• 致谢62

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本文编号：294940