全彩LED顯示屏可靠性分析

文章來(lái)源:恒光電器

發(fā)布時(shí)間:2013-12-13

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 LED顯示屏是集光電子技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及視頻技術(shù)為一體的高科技產(chǎn)品，具有耗電量少、功耗小、亮度高、性能穩(wěn)定、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。可在實(shí)際應(yīng)用中，我們卻頻頻看到行業(yè)內(nèi)其他公司LED顯示屏失效的報(bào)道：如2012年4月21日香港海逸君綽酒店天臺(tái)巨型屏幕突然起火，2011年12月16日，北京西直門購(gòu)物中心的LED顯示屏起火以及在2010年廣州國(guó)際燈光節(jié)上，懸掛在廣州新圖書(shū)館外、正對(duì)著花城廣場(chǎng)的主LED大屏幕突然發(fā)生火災(zāi)等等。能解決引起LED顯示屏失效的問(wèn)題，對(duì)行業(yè)的發(fā)展是有很大幫助的。

LED顯示屏電子元件繁多、電路復(fù)雜、LED燈的數(shù)量大，是否具有較高的可靠性，將直接關(guān)系到顯示屏的實(shí)際使用價(jià)值。因此，在對(duì)LED顯示屏進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，我們都希望所設(shè)計(jì)的顯示屏能夠達(dá)到較高的可靠性，具有較好的工作穩(wěn)定性、較長(zhǎng)的使用壽命。因此，在顯示屏的性能指標(biāo)及費(fèi)用等要求提出后，在研制生產(chǎn)之前我們有必要對(duì)系統(tǒng)中各個(gè)模塊所用元器件的性能、可靠性進(jìn)行分析，并對(duì)整個(gè)LED顯示屏的最終穩(wěn)定性狀態(tài)進(jìn)行估計(jì)計(jì)算，分析出設(shè)計(jì)的顯示屏中失效率較高的單元，從而可以通過(guò)選用性能更好的元器件、更換元器件、應(yīng)用冗余系統(tǒng)、嚴(yán)格控制制造工藝和嚴(yán)格控制檢驗(yàn)等改進(jìn)措施，減小失效率，把精力集中在穩(wěn)定性最弱的環(huán)節(jié)。

此外，可靠性分析還可以幫助我們進(jìn)行各種設(shè)計(jì)方案之間的比較，找到使系統(tǒng)可靠性指標(biāo)達(dá)到最高的設(shè)計(jì)方案，并為在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)元器件、零件和材料的選用提供依據(jù)，為設(shè)計(jì)評(píng)審、故障分析、維護(hù)性分析和熱設(shè)計(jì)等提供信息。本文利用元器件計(jì)數(shù)法，以一個(gè)戶外LED顯示箱體為例，介紹如何預(yù)估顯示屏的可靠性，并分析了影響顯示屏可靠性的關(guān)鍵因素及提出提高可靠性的方法。

1、可靠性預(yù)計(jì)方法

1.1產(chǎn)品壽命期

從可靠性工程的角度看，產(chǎn)品壽命期內(nèi)大體分為三個(gè)階段：早期失效期、正常使用期和耗損老化失效期。各階段的失效率與時(shí)間的關(guān)系遵循浴盆曲線，如圖1所示。

早期失效期：由于設(shè)計(jì)、制造、材料等過(guò)程中存在的缺陷，導(dǎo)致產(chǎn)品剛開(kāi)始使用時(shí)失效率高。企業(yè)質(zhì)量管理水平越高，該過(guò)程就越短。

正常使用期：產(chǎn)品在這一時(shí)期的故障與產(chǎn)品質(zhì)量和使用環(huán)境有關(guān)，是隨機(jī)發(fā)生的，質(zhì)量越好的產(chǎn)品，其失效率很低且近乎是常數(shù)，因此可用壽命也越長(zhǎng)。

耗損失效期：由于產(chǎn)品的各主要部件壽命已到，各種故障“累積”爆發(fā)。

1.2 失效率

失效率是指產(chǎn)品在給定的時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生不可修復(fù)性故障的累計(jì)次數(shù)，定義為λ。

1.3 可靠性

可靠性指產(chǎn)品、系統(tǒng)在規(guī)定的條件下，規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。通常表達(dá)可靠性的方法是MTBF，即產(chǎn)品平均無(wú)故障時(shí)間。平均無(wú)故障時(shí)間的計(jì)算是：總運(yùn)行時(shí)間除以產(chǎn)品失效的次數(shù)。

而當(dāng)電子產(chǎn)品進(jìn)入正常使用期后，由于失效率幾乎為常數(shù)，一般也用失效率λ的倒數(shù)來(lái)表示MTBF的值，以衡量產(chǎn)品的質(zhì)量水平：

1.4 可靠性預(yù)計(jì)方法

可靠性預(yù)計(jì)的方法一般有元器件計(jì)數(shù)法、相似產(chǎn)品法、相似電路法、有源器件法、評(píng)分預(yù)計(jì)法及元器件應(yīng)力分析法等。本文采用元器件計(jì)數(shù)法進(jìn)行LED顯示屏的可靠性預(yù)計(jì)。所謂元器件計(jì)數(shù)法就是根據(jù)組成設(shè)備的各類元器件的通用失效率及其使用數(shù)量，來(lái)預(yù)計(jì)設(shè)備失效率的方法。適用于電子設(shè)備方案論證階段和初步設(shè)計(jì)階段，元器件的種類和數(shù)量大致已經(jīng)確定，但具體的工作盈利和環(huán)境等尚未明確時(shí)，對(duì)系統(tǒng)基本可靠性進(jìn)行預(yù)計(jì)，其基本原理也是對(duì)元器件“基本故障率”的修正。其計(jì)算步驟是：先計(jì)算設(shè)備中各種型號(hào)和各種類型的元器件數(shù)目，然后再乘以相應(yīng)型號(hào)或響應(yīng)類型元器件的基本失效率，最后把個(gè)乘積累加起來(lái)，即可得到產(chǎn)品的失效率。計(jì)算公式為：

2、led顯示屏箱體的可靠性預(yù)計(jì)

本文預(yù)估的顯示屏箱體是一個(gè)串聯(lián)模型，包括那些冗余或替代工作模式的單元都按串聯(lián)處理，之后采用元器件計(jì)數(shù)法預(yù)估模型的失效率，進(jìn)而求解MTBF時(shí)間。

要預(yù)估的顯示屏箱體的是由6個(gè)300W的電源、一塊接收板、一塊轉(zhuǎn)接板和24塊燈驅(qū)合一板組成，該顯示屏特點(diǎn)為：全彩屏，設(shè)計(jì)亮度8000cd/m2、像素間距16mm、恒流驅(qū)動(dòng)1/8掃描。

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