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LED驱动电源性能退化参数监测及寿命预测方法研究

作　者: 李享
导　师: 王淑娟
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 电气工程
关键词: LED驱动电源性能退化寿命预测可靠性
分类号: TM923.34
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

大量统计数据表明,驱动电源在整个LED照明装置中具有极高的故障率,这严重影响了照明装置的可靠性。对于高寿命的产品来说,建立在对试验样品失效数据统计分析基础之上的传统可靠性研究方法存在不容忽视的弊端,因此,本文通过对LED驱动电源性能退化参数的监测,对其退化过程进行建模,得到其退化规律,提出基于性能退化的LED驱动电源寿命预测方法。该方法对电子系统的可靠性评估具有一定的理论意义与实用价值。本文首先对LED驱动电源中关键元器件的失效机理及退化模型进行了研究,着重研究电解电容、MOSFET以及功率二极管等关键元器件的失效机理和描述器件退化的模型。采用EDA技术通过仿真定性得到单一关键元器件(铝电解电容及MOSFET)达到失效阂值时对输出的影响。研制了LED驱动电源性能退化参数监测及寿命预测系统。系统硬件包括信号调理电路、信号采集电路、电压和电流互感电路、温度测量电路及信号切换电路等几部分,系统软件采用LabVIEW与Matlab混合编程的方式实现系统实验过程的控制、研究对象的监测、性能退化建模以及寿命预测等功能,为电源的退化实验提供实验平台。采用恒定应力加速寿命试验方法分别对LED驱动电源进行多个温度应力水平的退化实验,利用所研制的实验系统来监测驱动电源及关键元器件的性能退化参数。在小波理论的基础上,研究SVD-小波消噪的方法,并对实验数据进行预处理,处理结果表明SVD-小波消噪方法具有较好的消噪效果。本文研究了基于B-S模型的LED驱动电源的可靠性评估方法,对LED驱动电源的寿命进行了预测。将Wiener过程引入退化方程,得到了LED驱动电源带参数漂移的Wiener退化过程,在此基础上对LED驱动电源的可靠性进行了评估。此外,还着重对铝电解电容的退化过程进行了研究,通过提取电容器的退化参数得到铝电解电容的退化规律并对电容器的寿命进行了预测。预测结果表明以ESR作为性能退化参数来对电源的寿命进行预测结果相比C更接近真实值。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-15
  1.1 课题的来源及研究的目的和意义  8-9
  1.2 基于性能退化的产品可靠性国内外研究现状  9-11
    1.2.1 国外研究现状  9-10
    1.2.2 国内研究现状  10-11
  1.3 电子系统寿命预测方法的国内外研究现状  11-14
    1.3.1 国外研究现状  12-13
    1.3.2 国内研究现状  13-14
  1.4 本文主要研究内容  14-15
第2章 LED驱动电源关键元器件性能参数分析  15-26
  2.1 引言  15
  2.2 LED驱动电源的基本原理  15-16
  2.3 LED驱动电源中关键元器件的确定  16-18
  2.4 LED驱动电源中关键元器件性能退化的研究  18-23
    2.4.1 描述元器件性能退化的经典理论模型  18-20
    2.4.2 电解电容的失效机理及其退化模型  20-21
    2.4.3 MOSFET的失效机理及其退化模型  21-22
    2.4.4 功率二极管的失效机理及其退化模型  22-23
  2.5 LED驱动电源中关键元器件性能退化影响分析  23-25
  2.6 本章小结  25-26
第3章 LED驱动电源性能退化参数监测及寿命预测系统研制  26-35
  3.1 引言  26
  3.2 系统总体方案  26-27
    3.2.1 系统功能及技术指标  26
    3.2.2 总体方案  26-27
  3.3 系统的硬件  27-31
    3.3.1 信号调理电路  28
    3.3.2 信号采集电路  28-30
    3.3.3 电压和电流互感电路  30
    3.3.4 温度测量电路  30-31
    3.3.5 信号切换电路  31
  3.4 系统的软件  31-34
    3.4.1 下位机程序  31-34
    3.4.2 上位机软件  34
  3.6 本章小结  34-35
第4章 LED驱动电源的性能退化实验  35-43
  4.1 引言  35
  4.2 LED驱动电源性能退化实验方案  35
  4.3 退化数据处理  35-42
    4.3.1 基于小波变换的消噪方法  36-37
    4.3.2 基于SVD的小波消噪方法  37-38
    4.3.3 数据处理结果与分析  38-42
  4.4 本章小结  42-43
第5章 LED驱动电源寿命预测方法  43-69
  5.1 引言  43
  5.2 基于B-S模型的LED驱动电源寿命预测  43-51
    5.2.1 加速寿命试验中的B-S分布模型  43-46
    5.2.2 基于Wiener过程的LED驱动电源的B-S失效分布  46-48
    5.2.3 基于B-S模型的LED驱动电源寿命预测  48-51
  5.3 LED驱动电源基于性能退化的可靠性评估  51-59
    5.3.1 LED驱动电源的加速退化模型  51-52
    5.3.2 LED驱动电源加速退化模型参数的估计  52-55
    5.3.3 LED驱动电源的退化模型建立  55-56
    5.3.4 LED驱动电源的可靠性评估  56-59
  5.4 LED驱动电源中铝电解电容的寿命预测  59-68
    5.4.1 铝电解电容退化参数的获取方法  59-63
    5.4.2 铝电解电容的退化规律  63-65
    5.4.3 铝电解电容的寿命预测  65-68
  5.5 本章小结  68-69
结论  69-70
参考文献  70-75
附录  75-77
攻读学位期间发表的学术论文  77-79
致谢  79

LED驱动电源性能退化参数监测及寿命预测方法研究

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