【技術(shù)應(yīng)用】LED照明設(shè)計(jì)基礎(chǔ)全攻略

圖6 電阻型與線性驅(qū)動(dòng)器對(duì)比

　　例如在采用DC-DC電源的LED照明應(yīng)用中，可以采用的LED驅(qū)動(dòng)方式有電阻型、線性穩(wěn)壓器及開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器等，基本的應(yīng)用示意圖見(jiàn)圖7。

圖7 常見(jiàn)的DC—DCLED驅(qū)動(dòng)方式　　電阻型驅(qū)動(dòng)方式中，調(diào)整與LED串聯(lián)的電流檢測(cè)電阻即可控制LED的正向電流，這種驅(qū)動(dòng)方式易于設(shè)計(jì)、成本低，且沒(méi)有電磁兼容（EMC）問(wèn)題，劣勢(shì)是依賴于電壓、需要篩選（binning）LED,且能效較低。

　　線性穩(wěn)壓器同樣易于設(shè)計(jì)且沒(méi)有EMC問(wèn)題，還支持電流穩(wěn)流及過(guò)流保護(hù)（foldback），且提供外部電流設(shè)定點(diǎn)，不足在于功率耗散問(wèn)題，及輸入電壓要始終高于正向電壓，且能效不高。開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器通過(guò)PWM控制模塊不斷控制開(kāi)關(guān)（FET）的開(kāi)和關(guān)，進(jìn)而控制電流的流動(dòng)。

　　開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器具有更高的能效，與電壓無(wú)關(guān)，且能控制亮度，不足則是成本相對(duì)較高，復(fù)雜度也更高，且存在電磁干擾（EMI）問(wèn)題。LEDDC-DC開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器常見(jiàn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括降壓（Buck）、升壓（Boost）、降壓-升壓（Buck-Boost）或單端初級(jí)電感轉(zhuǎn)換器（SEPIC）等不同類型。

　　其中，所有工作條件下最低輸入電壓都大于LED串最大電壓時(shí)采用降壓結(jié)構(gòu)，如采用24Vdc驅(qū)動(dòng)6顆串聯(lián)的LED;與之相反，所有工作條件下最大輸入電壓都小于最低輸出電壓時(shí)采用升壓結(jié)構(gòu)，如采用12Vdc驅(qū)動(dòng)6顆串聯(lián)的LED；而輸入電壓與輸出電壓范圍有交迭時(shí)可以采用降壓-升壓或SEPIC結(jié)構(gòu)，如采用12Vdc或12Vac驅(qū)動(dòng)4顆串聯(lián)的LED,但這種結(jié)構(gòu)的成本及能效最不理想。

　　三、LED散熱處理方案及基礎(chǔ)

　　在LED燈具設(shè)計(jì)中，如果僅僅依靠LED封裝并不能制作出好的照明燈具。本環(huán)節(jié)主要從熱分析方面對(duì)如何運(yùn)用LED特性的設(shè)計(jì)進(jìn)行解說(shuō)。雖然白熾燈和熒光燈的能量損失大，但是大部分能量都是通過(guò)紅外線直接放射出去，光源的發(fā)熱少；而LED，除了作為可視光消耗的能量，其它能量都轉(zhuǎn)換成了熱。另外，由于LED封裝面積小，通過(guò)對(duì)流和輻射的散熱少，從而積累了大量的熱。

　　熱解決方案簡(jiǎn)單的說(shuō)就是解決因?yàn)闊岙a(chǎn)生的各種問(wèn)題。主要有：

　　1.因?yàn)闊崤蛎泴?dǎo)致彎曲和龜裂

　　電子設(shè)備由多個(gè)零件構(gòu)成，每個(gè)零件的材質(zhì)都不一樣，熱脹冷縮的尺度也不一樣。因此，當(dāng)各種材質(zhì)組合在一起的時(shí)候就有可能使材質(zhì)發(fā)生彎曲，膨脹時(shí)，產(chǎn)品在連接處因?yàn)閼?yīng)力過(guò)多就會(huì)產(chǎn)生龜裂。

　　2.電子電路的運(yùn)行障礙

　　一般來(lái)說(shuō)，作為熱源的半導(dǎo)體元件，有這樣一個(gè)特性，即當(dāng)電子設(shè)備中的半導(dǎo)體元件溫度上升，電的阻抗就會(huì)變小。這樣就容易陷入“溫度上升－阻抗下降－電流增加－熱增加－溫度上升”的惡性循環(huán)，進(jìn)而容易發(fā)生燒斷的現(xiàn)象。

　　3.材料品質(zhì)的惡化

　　一般說(shuō)來(lái)，電子設(shè)備中使用的材料容易氧化，溫度越高氧化越快，如果讓這些材料反復(fù)經(jīng)過(guò)高溫氧化，就會(huì)縮短其壽命。同時(shí)，反復(fù)加熱，材料多次膨脹，多次冷縮，會(huì)降低材料的強(qiáng)度，從而破壞了材料。

　　LED的熱解決方案

　　要避免電子設(shè)備的發(fā)熱有多種方法。比如，加散熱器，在熱源周?chē)仓媚芴峁├錃獾娘L(fēng)扇。前者是通過(guò)增加散熱面積，來(lái)增加散熱的通道，后者是使熱不在熱源周?chē)奂?。但是，正如圖1LED燈的概括圖所示，LED封裝時(shí)不能直接連接散熱器，也沒(méi)有安裝風(fēng)扇的位置。而且內(nèi)部電源電路板也會(huì)產(chǎn)生熱量，因此LED燈的散熱問(wèn)題可以說(shuō)是一個(gè)非常棘手的問(wèn)題。這樣，如何有效使用LED安裝材質(zhì)和散熱器就變得很重要。

圖8 LED燈概括圖

　　那么如何有效利用LED安裝材質(zhì)和散熱器呢？首先必須把握產(chǎn)生熱的傳熱路徑。

　　LED元件產(chǎn)生的熱通過(guò)封裝的導(dǎo)線向電路板移動(dòng)，然后再通過(guò)散熱器放熱。電源