LED驅(qū)動電源可靠性設(shè)計的研究

引言

　　隨著LED 效率的迅速提高、成本的不斷下降，LED 市場正在由手機的背光源和汽車儀表照明，以及亮度要求不高的特殊照明和景觀照明領(lǐng)域向普通白光照明領(lǐng)域擴展。

　　LED 是一種固態(tài)冷光源，是繼白熾燈、熒光燈和高強度放電燈之后的第四代光源。它具有以下特點：

　　①發(fā)光效率高，能量消耗低。由于LED 的光譜幾乎全部集中于可見光區(qū)域，效率可達到80% ~ 90%,大功率LED 照明的耗電量僅為相同亮度白熾燈的10% ~20%.

　?、诎踩h(huán)保。大功率LED 的工作電壓為3 ~4 V 的直流電，因而沒有電磁干擾。LED 產(chǎn)生的廢棄物可回收，無污染，可以安全觸摸，屬于典型的綠色照明光源。

　?、蹓勖L，可靠性高，LED 的平均壽命長達50 000 h,大功率照明LED 以其特殊的電子結(jié)構(gòu)保證其工作時有良好的穩(wěn)定性和可靠性，甚至在水下也能長時間穩(wěn)定地工作。而且它沒有傳統(tǒng)燈泡的鎢絲、玻璃殼等易損部件，維護費用低廉。LED 的工作溫度范圍也很寬，在-40 ℃ ~85 ℃之間均能正常工作。

　?、軉紊阅芎?，色彩豐富。光色純，光線質(zhì)量高，單一顏色LED 的光譜狹窄，譜線單一，集中在可見光波段。

　　⑤體積小，重量輕，可以靈活地排列搭配使用。

　?、揄憫?yīng)時間短，LED 的響應(yīng)時間只有數(shù)十納秒。

　　近年來，LED 以其環(huán)保、發(fā)光高效的特點得到了廣泛的應(yīng)用，尤其在照明方面應(yīng)用越來越廣泛。就目前的發(fā)展來看，大家最為關(guān)心的是燈的壽命問題，而現(xiàn)在無論是燈使用者還是生產(chǎn)廠都看到，燈的壽命取決于驅(qū)動電源， 99%以上的燈故障都是由于驅(qū)動電源引起的，LED 的壽命長達50 000 h,但與之配套的驅(qū)動電源的壽命僅為10 000 h.所以LED 燈照明裝置能否應(yīng)用推廣的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一是其驅(qū)動電源問題，筆者就提高大功率（ 100 ~ 200 W） 驅(qū)動電源的可靠性從如下兩大方面進行了探討。

　　1 防水及降溫處理

　　大功率LED 燈一般安裝在室外，風(fēng)吹雨淋自然難免，做好防水工作是關(guān)鍵所在。目前大家通用的方式是灌膠，而膠導(dǎo)熱系數(shù)的差異直接影響電源的散熱效果，最終影響壽命。

　?。?1） 選擇符合高耐寒要求的膠，防止在超低溫下膠體開裂等失效現(xiàn)象，要考慮灌注膠溫度對器件性能的影響，不能選用灌注溫度過高的膠，灌注溫度應(yīng)低于150 ℃，選用- 40 ~ + 150 ℃的高品質(zhì)膠。

　?。?2） 膠體的電氣絕緣性能等級要符合要求。

　?。?3） 灌膠導(dǎo)熱系數(shù)對驅(qū)動電源散熱影響情況，由于電源的殼體結(jié)構(gòu)已經(jīng)確定，因此驅(qū)動電源的散熱主要通過膠體傳導(dǎo)，將熱量傳導(dǎo)到殼體，而后通過對流散熱。表1 是導(dǎo)熱系數(shù)不同的膠體的電源器件和殼體溫度情況（ 輸入電壓~ 100 V,輸出48 V/3 A,環(huán)境溫度25 ℃） .

表1 不同導(dǎo)熱系數(shù)的膠體對溫度的影響

　　通過比較可知良好的導(dǎo)熱系數(shù)可以降低電子器件的溫升，進而能夠提高器件使用壽命，增加LED 驅(qū)動電源的可靠性。

　　（ 4） 選用具有較高阻燃性能的灌膠，如果LED 燈電源在使用時發(fā)生火災(zāi)，將會造成生命和財產(chǎn)安全問題。

　?。?5） 膠體的固化收縮率對電源器件會產(chǎn)生很大影響，固化收縮率過大的膠將導(dǎo)致元器件連接應(yīng)力的過大，導(dǎo)致器件變形甚至損壞。因此要選用收縮率較小的膠體，通常選用固化收縮率小于0. 1%的膠體。