大功率LED封装解析以及恒流电源设计

和景观照明领域向普通白光照明领域扩展。

　　LED 是一种固态冷光源，是继白炽灯、荧光灯和高强度放电灯之后的第四代光源。它具有以下特点：

　　①发光效率高，能量消耗低。由于LED 的光谱几乎全部集中于可见光区域，效率可达到80% ~ 90%，大功率LED 照明的耗电量仅为相同亮度白炽灯的10% ~20%.

　　②安全，环保。大功率LED 的工作电压为3 ~4 V 的直流电，因而没有电磁干扰。LED 产生的废弃物可回收，无污染，可以安全触摸，属于典型的绿色照明光源。

　　③寿命长，可靠性高，LED 的平均寿命长达50 000 h，大功率照明LED 以其特殊的电子结构保证其工作时有良好的稳定性和可靠性，甚至在水下也能长时间稳定地工作。而且它没有传统灯泡的钨丝、玻璃壳等易损部件，维护费用低廉。LED 的工作温度范围也很宽，在-40 ℃ ~85 ℃之间均能正常工作。

　　④单色性能好，色彩丰富。光色纯，光线质量高，单一颜色LED 的光谱狭窄，谱线单一，集中在可见光波段。

　　⑤体积小，重量轻，可以灵活地排列搭配使用。

　　⑥响应时间短，LED 的响应时间只有数十纳秒。

　　近年来，LED 以其环保、发光高效的特点得到了广泛的应用，尤其在照明方面应用越来越广泛。就目前的发展来看，大家最为关心的是灯的寿命问题，而现在无论是灯使用者还是生产厂都看到，灯的寿命取决于驱动电源， 99%以上的灯故障都是由于驱动电源引起的，LED 的寿命长达50 000 h，但与之配套的驱动电源的寿命仅为10 000 h.所以LED 灯照明装置能否应用推广的关键环节之一是其驱动电源问题，笔者就提高大功率（ 100 ~ 200 W） 驱动电源的可靠性从如下两大方面进行了探讨。

　　1 防水及降温处理

　　大功率LED 灯一般安装在室外，风吹雨淋自然难免，做好防水工作是关键所在。目前大家通用的方式是灌胶，而胶导热系数的差异直接影响电源的散热效果，最终影响寿命。

　　（ 1） 选择符合高耐寒要求的胶，防止在超低温下胶体开裂等失效现象，要考虑灌注胶温度对器件性能的影响，不能选用灌注温度过高的胶，灌注温度应低于150 ℃，选用- 40 ~ + 150 ℃的高品质胶。

　　（ 2） 胶体的电气绝缘性能等级要符合要求。

　　（ 3） 灌胶导热系数对驱动电源散热影响情况，由于电源的壳体结构已经确定，因此驱动电源的散热主要通过胶体传导，将热量传导到壳体，而后通过对流散热。表1 是导热系数不同的胶体的电源器件和壳体温度情况（ 输入电压~ 100 V，输出48 V/3 A，环境温度25 ℃） 。

　　表1 不同导热系数的胶体对温度的影响

　　通过比较可知良好的导热系数可以降低电子器件的温升，进而能够提高器件使用寿命，增加LED 驱动电源的可靠性。

　　（ 4） 选用具有较高阻燃性能的灌胶，如果LED 灯电源在使用时发生火灾，将会造成生命和财产安全问题。

　　（ 5） 胶体的固化收缩率对电源器件会产生很大影响，固化收缩率过大的胶将导致元器件连接应力的过大，导致器件变形甚至损坏。因此要选用收缩率较小的胶体，通常选用固化收缩率小于0. 1%的胶体。

　　2 驱动电源电路设计

　　目前LED 驱动电源存在驱动能力较低，保护功能较少，输出电压电流不稳定，可靠性差等问题，很难达到要求，根据设计经验提出了驱动电源硬件电路的设计方案，本设计能够很好地提高LED 驱动电源的可靠性。

　　2. 1 总体电路设计

　　LED 驱动电源的总体设计如图1 所示。图1 中主电路中U 为220 V 交流输入电压； RC，CC和DC构成RCD 电路； T 为变压器； S 为开关管； D 为整流二极管； C为整流电容； RC为采样电阻，具体电路如图1 所示。

　　电路在设计时考虑到电路的可靠性，输入端应具有隔离电路，以保护电网和用电设备的安全。输入端设计了输入保护电路，用来保护LED 驱动电源在电网侧产生脉动瞬态干扰下能够正常工作，并有效抑制共模和差模干扰。为了提高电路的功率因数，电路中采用了有源功率因数校正电路。为了实现恒流输出，采用电流反馈控制，RC采样电阻感应输出电流大小，与参考点电压进行比较，输出信号通过光电耦合电路输入到控制器，产生PWM 控制信号，控制变压器的工作方式，已达到变压器恒流输出。

　　图1 LED 驱动电源总体设计电路

　　2. 2 部分电路设计

　　（ 1） 输入保护电路设计

　　LED 大功率灯驱动电源一般用在室外，用电环境相对比较恶劣，且外界的各种干扰容易使电源出现问题。同时，LED 灯驱动电源的故障，也容易对电网的安全造成隐患。因此，有必要在输入端设计保护电路，用来保护用电设备和电网的安全。

电路中有负温度系数热敏电阻，用来启动过电流保护。通过