LED燈爆…爆…爆炸了？熱脹冷縮成主導原因

經過了白熾燈的年代，LED燈憑借其低廉的價格、較少的能耗以及長壽命（可達10萬小時）等優點漸漸走進大眾的生活之中，滿足了絕大多數人的照明、娛樂乃至生活的多方面需求。

但是最近小編在工（mo）作（yu）的時候，偶然發現了一條LED燈具爆炸的新聞，而後小編上網一搜發現，這還真不是個案，LED燈爆炸在最近幾年時有發生。但是，好好的一個燈為什麽會爆炸呢？

太長不看版：

LED一般不會爆炸，即使電流很大，也只會出現殺傷力基本為零的局部爆裂。但LED的驅動電路若製作不規範、或出現受潮短路的情況，則很有可能出現較嚴重的炸裂。

在研究LED燈之前，讓我們先來看看白熾燈吧：作為一種熱異塵餘生光源，當白熾燈處於工作狀態時，燈絲被通過的電流加熱到白熾狀態（此時的燈絲溫度可達3000℃），便可通過熱異塵餘生發出明亮的可見光。

但是這樣高的工作溫度帶來的問題也是顯而易見的：由耐熱玻璃製作而成的玻殼在熱異塵餘生下，其溫度最高可達100℃左右。在這種情況下，如果你朝正在工作的白熾燈上潑一盆涼水（出於安全考慮，小編勸你們不要真的去潑），玻殼就會由於熱脹冷縮造成的內外壁受力不均而很可能發生炸裂。

（當電阻兩端施加了一定的電壓之後，電阻中的電子會在電場的作用下，向著電勢升高的地方移動。但電子在移動過程中會不可避免的與電阻中的原子或分子進行碰撞，產生熱能，稱為焦耳熱。公式中Q為焦耳熱，I為通過的電流，R為電阻，t為通電流的時間，U為電阻兩端施加的電壓）更正：公式中U2/Rt中的t應該在分子上

但LED燈具在工作時，其外殼溫度僅為50-60℃，普通的溫度驟冷實在對它構不成威脅。看來，爆炸原因就要從其他方面下手了。

LED燈長啥樣

LED（Light Emitting Diode），又稱發光二極管，是一種能發光的電子元件，其主體其實就是一個半導體晶片。LED的基本結構是將一塊電致發光的半導體晶片，置於一個有引線的架子上，一端是負極，另一端是連接電源的正極，四周用環氧樹脂密封用以保護內部芯線。當電流流過這種器件時，電子與空穴在半導體材料內部複合，產生的過剩能量引起光子發射，即可發出單色光，實現了直接將電能轉化為可見光的過程。而光的波長，也就是光的顏色是由半導體晶片的材料種類決定的。

我們日常所用的LED燈具大體可分為以下幾部分組件：

1.電源接口，用來連接電源與燈泡；

2.外殼，主要起散熱作用，一般由散熱很好的鋁材製成，良好的散熱效果可以直接影響到LED燈的使用壽命；

3.燈罩，可以將LED發出的光聚集在一起，還可以防止觸電；

4.驅動電路，單個LED燈的工作電壓很低，一般在2-4V左右，且其工作電壓範圍也很窄。若直接連接在我們日常使用的220V交流電源上，LED就會被瞬間擊穿而損壞。所以必須通過電路設計對輸入電壓進行恆壓恆流控制，將220V交流電轉換為12V的直流電，以保證LED正常工作。

LED燈為啥會爆

其實，電源短路、施加電壓過高、驅動電路質量差、內置驅動器受潮、散熱效果差等都會導致不同程度的電容或其他電子器件壽命減短甚至爆炸。比如燈珠的耐受電壓一般在4V以內，LED燈的驅動電源則多將220V電壓降至12V的低電壓，以供燈珠使用。但若是將LED燈直接接至220V電壓下，過高的電壓就會使燈珠兩極間擊穿爆裂。這種由於電壓過高造成的爆炸，多是由於買主自己修改燈泡內部接線造成的。

那有的人表示很委屈：我也沒有亂接線，結果好好的燈自己亮著亮著就爆炸了，這又是怎麽說呢？其實，這鍋就得劣質驅動電路來背了——有些商家為了降低LED燈的生產成本，就會在製作材料和工藝上做手腳。而驅動電路由於被封裝在燈泡內部，無法進行直接分辨，更是偷天換日的重災區。

一般正規LED燈的驅動電路都使用恆流驅動，相比於劣質燈的阻容降壓驅動電路，恆流驅動電源輸出的電流是穩定的，具有很高的安全系數，但顯然，其成本也相對較高。

（交流220V輸入，經過電阻R2和C1構成的阻容降壓電路，進而輸入到橋式整流電路中，把交流電變為直流電。橋式整流電路輸出的電壓經過電容C2進行濾波處理，進而驅動多個串聯LED燈珠發光，R3為限流電阻。| 圖片來源：baidu.com）

阻容降壓驅動電路的工作原理很簡單，即利用電容在一定的交流信號頻率下產生的容抗來限制最大工作電流。例如，在50Hz的工頻條件下，一個1μF的電容所產生的容抗約為3180歐姆。當220V的交流電壓加在電容器的兩端，則流過電容的最大電流約為70mA。但是這70mA在電容器上作的功為無功功率，並不產生功耗。

而恆流驅動電路採用變壓器將高壓變為低壓，並進行整流濾波，可以達到輸出穩定低壓直流電的目的。當負載電流發生變化時，穩壓器可以通過感知這種變化而對LED正端電壓進行調整，從而使流經LED的電流保持恆定。所以，恆流驅動電源是不會因為電網的電壓波動而對其輸出產生影響的。相比之下，阻容驅動電源就很容易受電壓波動影響，進而導致內部電路元件的損壞。

千萬警惕劣質燈具

除了會爆炸，均價幾塊錢的劣質LED燈具還有很多危害——

眩光危害，就是在視野中由於亮度的分布或範圍不適宜，或在空間或時間上存在著極端的亮度對比，以至引起不舒適和降低物體可見度的視覺條件。劣質LED燈對人的眼睛和皮膚都會產生更大程度的光化學傷害、熱危害等等。

光環境危害，劣質LED燈的頻閃、不合理的光譜分布等等，在家居照明、工作照明、戶外照明等大範圍的應用上都會對人們的眼部健康造成危害，使得光環境安全逐漸引起人們的關注。

……

加班雖好，安全更重要。在這裡，小編提醒您：選擇正規廠家的LED產品、規範使用、定期檢查線路狀態，LED燈這小東西自然會又乖又慫，不敢爆炸了。

來源：中科院半導體所

編輯：Quanta Yuan