電感式LED驅動(dòng)器和高功率LED燈設計及其散熱方案安排與分析

　　替換低壓鹵素燈的高功率LED驅動(dòng)燈設計：

　　LED路燈符合“節能減排”的大方向，成為各地政府的關(guān)注亮點(diǎn)?？萍疾块_(kāi)展“十城萬(wàn)盞”LED照明示范工程，廣東省提出“千里萬(wàn)盞”計劃等等。電子元件技術(shù)網(wǎng)了解到，在各地政府大力扶持LED路燈計劃的同時(shí)，大功率LED驅動(dòng)電源質(zhì)量不過(guò)關(guān)成為阻礙大功率LED照明發(fā)展的短板。

　　LED是具有二極管特性的發(fā)光管，它只能單方向通電。通常LED亮度輸出與通過(guò)LED電流成正比，但白光LED在大電流下會(huì )出現飽和現象，發(fā)光效率大幅度降低，甚至失效，因此LED使用電流不能超過(guò)其規格額定值。另外，LED亮度輸出與溫度成反比，所以使用中應盡量減少電源發(fā)熱和設計良好的散熱系統。

　　電感式升壓變化器LED驅動(dòng)器設計：

　　白光LED可以采用串聯(lián)或并聯(lián)連接方式，這兩種解決方案各有優(yōu)缺點(diǎn)。并聯(lián)方式的缺點(diǎn)是LED電流及亮度不能自動(dòng)匹配。串聯(lián)方式保持固有的匹配特性，但需要更高的供電電壓。因白光LED的正向壓降為3～4V（典型值），無(wú)論是并聯(lián)方式還是串聯(lián)方式，大多數便攜式電子設備的電池電壓都不足以驅動(dòng)LED，所以需要一個(gè)獨立電源供電。

　　在串聯(lián)配置中，LED的數量受驅動(dòng)器的最高電壓限制。若最高電壓為40V，在串聯(lián)配置中根據白光LED的正向電壓，這一最高電壓最多能夠驅動(dòng)13只白光LED，驅動(dòng)電流的范圍是連續狀態(tài)的10～350mA。這種配置的優(yōu)勢是串聯(lián)的白光LED可以用單線(xiàn)傳輸電流；缺點(diǎn)則是當PCB空間受限時(shí)（特別是高功率時(shí)），銅導線(xiàn)上的電流密度是個(gè)問(wèn)題，而且如果在串聯(lián)模式中一只白光LED發(fā)生故障，所有白光LED都將被關(guān)掉。但是，從設計角度看，如果有刀只白光LED，就要將電池電壓提升到n&TImes;Vp，所以必須采用升壓結構?？梢岳秒姼性_地監控電流斜率，從而限制了非受控瞬間電流產(chǎn)生的EMI。典型的升壓拓撲結構如圖所示。

　　他們各自的散熱方式是什么？

　　要解決LED散熱的問(wèn)題，主要應從兩個(gè)方面入手——封裝前與封裝后，可以理解為L(cháng)ED芯片散熱與LED燈具散熱。LED芯片散熱主要與襯底電路的選擇和工藝有關(guān)，本文暫不闡述，而主要介紹LED燈具的散熱。任何LED都會(huì )制成燈具，所以L(fǎng)ED芯片所產(chǎn)生的熱量最后總是通過(guò)燈具的外殼散到空氣中去。如果散熱不好，由于LED芯片的熱容量很小，一點(diǎn)點(diǎn)熱量的積累就會(huì )使芯片的結溫迅速提高，如果長(cháng)時(shí)期工作在高溫的狀態(tài)，它的壽命就會(huì )很快縮短。然而，這些熱量要能夠真正引導出芯片到達外部空氣，就必須經(jīng)過(guò)很多途徑。具體來(lái)說(shuō)，LED芯片所產(chǎn)生的熱，從它的金屬散熱塊出來(lái)，先經(jīng)過(guò)焊料到鋁基板的PCB，再通過(guò)導熱膠才到鋁散熱器。所以，LED燈具的散熱實(shí)際上包括導熱和散熱兩個(gè)部分。 然而，LED燈殼散熱一句功率大小及使用場(chǎng)所，也會(huì )有不同的選擇?，F在主要由以下幾種散熱方法：

　　1.鋁散熱魚(yú)鰭片：這是最常見(jiàn)的散熱方式，即用鋁散熱鰭片作為外殼的一部分來(lái)增加散熱面積。

　　2.導熱塑料殼：在塑料外殼注塑時(shí)填充導熱材料，增加塑料外殼導熱，散熱能力。

　　3.空氣流體力學(xué)：利用燈殼外形，制造出對流空氣，這是最低成本的加強散熱方式。

　　4.風(fēng)扇：燈殼內部用長(cháng)壽高效風(fēng)扇加強散熱，造價(jià)低，效果好。不過(guò)，更換風(fēng)扇比較麻煩，而且這種方式不適用于戶(hù)外，因此這種設計較為少見(jiàn)。

　　5.導熱管：利用導熱管技術(shù)，將熱量又LED芯片導到外殼散熱鰭片。這種設計常用于在大型燈具（如路燈等）

　　6.表面輻射散熱處理：在燈殼表面做輻射散熱處理，最簡(jiǎn)單的就是涂抹志盛威華輻射散熱涂料，可以將熱量用輻射方式帶離燈殼表面。