LED驅動電源可靠性設計的研究

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域向普通白光照明領域擴展。

　　LED 是一種固態冷光源，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%.

　　②安全，環保。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。

　　③壽命長，可靠性高，LED 的平均壽命長達50 000 h,大功率照明LED 以其特殊的電子結構保證其工作時有良好的穩定性和可靠性，甚至在水下也能長時間穩定地工作。而且它沒有傳統燈泡的鎢絲、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。

　　④單色性能好，色彩豐富。光色純，光線質量高，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。

　　⑥響應時間短，LED 的響應時間只有數十納秒。

　　近年來，LED 以其環保、發光高效的特點得到了廣泛的應用，尤其在照明方面應用越來越廣泛。就目前的發展來看，大家最為關心的是燈的壽命問題，而現在無論是燈使用者還是生產廠都看到，燈的壽命取決于驅動電源， 99%以上的燈故障都是由于驅動電源引起的，LED 的壽命長達50 000 h,但與之配套的驅動電源的壽命僅為10 000 h.所以LED 燈照明裝置能否應用推廣的關鍵環節之一是其驅動電源問題，筆者就提高大功率（ 100 ~ 200 W） 驅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，風吹雨淋自然難免，做好防水工作是關鍵所在。目前大家通用的方式是灌膠，而膠導熱系數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，灌注溫度應低于150 ℃，選用- 40 ~ + 150 ℃的高品質膠。

　　（ 2） 膠體的電氣絕緣性能等級要符合要求。

　　（ 3） 灌膠導熱系數對驅動電源散熱影響情況，由于電源的殼體結構已經確定，因此驅動電源的散熱主要通過膠體傳導，將熱量傳導到殼體，而后通過對流散熱。表1 是導熱系數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,環境溫度25 ℃） .

表1 不同導熱系數的膠體對溫度的影響

　　通過比較可知良好的導熱系數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 燈電源在使用時發生火災，將會造成生命和財產安全問題。

　　（ 5） 膠體的固化收縮率對電源器件會產生很大影響，固化收縮率過大的膠將導致元器件連接應力的過大，導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。