电感式LED驱动器和高功率LED灯设计及其散热方案安排与分析

　　LED路灯符合“节能减排”的大方向，成为各地政府的关注亮点。科技部开展“十城万盏”LED照明示范工程，广东省提出“千里万盏”计划等等。电子元件技术网了解到，在各地政府大力扶持LED路灯计划的同时，大功率LED驱动电源质量不过关成为阻碍大功率LED照明发展的短板。

　　LED是具有二极管特性的发光管，它只能单方向通电。通常LED亮度输出与通过LED电流成正比，但白光LED在大电流下会出现饱和现象，发光效率大幅度降低，甚至失效，因此LED使用电流不能超过其规格额定值。另外，LED亮度输出与温度成反比，所以使用中应尽量减少电源发热和设计良好的散热系统。

　　白光LED可以采用串联或并联连接方式，这两种解决方案各有优缺点。并联方式的缺点是LED电流及亮度不能自动匹配。串联方式保持固有的匹配特性，但需要更高的供电电压。因白光LED的正向压降为3～4V（典型值），无论是并联方式还是串联方式，大多数便携式电子设备的电池电压都不足以驱动LED，所以需要一个独立电源供电。

　　在串联配置中，LED的数量受驱动器的最高电压限制。若最高电压为40V，在串联配置中根据白光LED的正向电压，这一最高电压最多能够驱动13只白光LED，驱动电流的范围是连续状态的10～350mA。这种配置的优势是串联的白光LED可以用单线传输电流；缺点则是当PCB空间受限时（特别是高功率时），铜导线上的电流密度是个问题，而且如果在串联模式中一只白光LED发生故障，所有白光LED都将被关掉。但是，从设计角度看，如果有刀只白光LED，就要将电池电压提升到n&TImes;Vp，所以必须采用升压结构。可以利用电感元件精确地监控电流斜率，从而限制了非受控瞬间电流产生的EMI。典型的升压拓扑结构如图所示。

　　要解决LED散热的问题，主要应从两个方面入手——封装前与封装后，可以理解为LED芯片散热与LED灯具散热。LED芯片散热主要与衬底电路的选择和工艺有关，本文暂不阐述，而主要介绍LED灯具的散热。任何LED都会制成灯具，所以LED芯片所产生的热量最后总是通过灯具的外壳散到空气中去。如果散热不好，由于LED芯片的热容量很小，一点点热量的积累就会使芯片的结温迅速提高，如果长时期工作在高温的状态，它的寿命就会很快缩短。然而，这些热量要能够真正引导出芯片到达外部空气，就必须经过很多途径。具体来说，LED芯片所产生的热，从它的金属散热块出来，先经过焊料到铝基板的PCB，再通过导热胶才到铝散热器。所以，LED灯具的散热实际上包括导热和散热两个部分。 然而，LED灯壳散热一句功率大小及使用场所，也会有不同的选择。现在主要由以下几种散热方法：

　　1.铝散热鱼鳍片：这是最常见的散热方式，即用铝散热鳍片作为外壳的一部分来增加散热面积。

　　2.导热塑料壳：在塑料外壳注塑时填充导热材料，增加塑料外壳导热，散热能力。

　　3.空气流体力学：利用灯壳外形，制造出对流空气，这是最低成本的加强散热方式。

　　4.风扇：灯壳内部用长寿高效风扇加强散热，造价低，效果好。不过，更换风扇比较麻烦，而且这种方式不适用于户外，因此这种设计较为少见。

　　5.导热管：利用导热管技术，将热量又LED芯片导到外壳散热鳍片。这种设计常用于在大型灯具（如路灯等）

　　6.表面辐射散热处理：在灯壳表面做辐射散热处理，最简单的就是涂抹志盛威华辐射散热涂料，可以将热量用辐射方式带离灯壳表面。