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  • 你了解大功率LED封装有哪些技术吗?

    你了解大功率LED封装有哪些技术吗?

    什么是大功率LED封装?他有什么特点?大功率LED封装主要涉及光、热、电、结构与工艺等方面,如图1所示。这些因素彼此既相互独立,又相互影响。其中,光是LED封装的目的,热是关键,电、结构与工艺是手段,而性能是封装水平的具体体现。从工艺兼容性及降低生产成本而言,LED封装设计应与芯片设计同时进行,即芯片设计时就应该考虑到封装结构和工艺。否则,等芯片制造完成后,可能由于封装的需要对芯片结构进行调整,从而延长了产品研发周期和工艺成本,有时甚至不可能。 具体而言,大功率LED封装的关键技术包括: 一、低热阻封装工艺 对于现有的LED光效水平而言,由于输入电能的80%左右转变成为热量,且LED芯片面积小,因此,芯片散热是LED封装必须解决的关键问题。主要包括芯片布置、封装材料选择(基板材料、热界面材料)与工艺、热沉设计等。 LED封装热阻主要包括材料(散热基板和热沉结构)内部热阻和界面热阻。散热基板的作用就是吸收芯片产生的热量,并传导到热沉上,实现与外界的热交换。常用的散热基板材料包括硅、金属(如铝,铜)、陶瓷(如 ,AlN,SiC)和复合材料等。如Nichia公司的第三代LED采用CuW做衬底,将1mm芯片倒装在CuW衬底上,降低了封装热阻,提高了发光功率和效率;Lamina Ceramics公司则研制了低温共烧陶瓷金属基板,如图2(a),并开发了相应的LED封装技术。该技术首先制备出适于共晶焊的大功率LED芯片和相应的陶瓷基板,然后将LED芯片与基板直接焊接在一起。由于该基板上集成了共晶焊层、静电保护电路、驱动电路及控制补偿电路,不仅结构简单,而且由于材料热导率高,热界面少,大大提高了散热性能,为大功率LED阵列封装提出了解决方案。德国Curmilk公司研制的高导热性覆铜陶瓷板,由陶瓷基板(AlN或 )和导电层(Cu)在高温高压下烧结而成,没有使用黏结剂,因此导热性能好、强度高、绝缘性强,如图2(b)所示。其中氮化铝(AlN)的热导率为160W/mk,热膨胀系数为 (与硅的热膨胀系数相当),从而降低了封装热应力。 研究表明,封装界面对热阻影响也很大,如果不能正确处理界面,就难以获得良好的散热效果。例如,室温下接触良好的界面在高温下可能存在界面间隙,基板的翘曲也可能会影响键合和局部的散热。改善LED封装的关键在于减少界面和界面接触热阻,增强散热。因此,芯片和散热基板间的热界面材料(TIM)选择十分重要。LED封装常用的TIM为导电胶和导热胶,由于热导率较低,一般为0、5-2、5W/mK,致使界面热阻很高。而采用低温或共晶焊料、焊膏或者内掺纳米颗粒的导电胶作为热界面材料,可大大降低界面热阻。 二、高取光率封装结构与工艺 在LED使用过程中,辐射复合产生的光子在向外发射时产生的损失,主要包括三个方面:芯片内部结构缺陷以及材料的吸收;光子在出射界面由于折射率差引起的反射损失;以及由于入射角大于全反射临界角而引起的全反射损失。因此,很多光线无法从芯片中出射到外部。通过在芯片表面涂覆一层折射率相对较高的透明胶层(灌封胶),由于该胶层处于芯片和空气之间,从而有效减少了光子在界面的损失,提高了取光效率。此外,灌封胶的作用还包括对芯片进行机械保护,应力释放,并作为一种光导结构。因此,要求其透光率高,折射率高,热稳定性好,流动性好,易于喷涂。为提高LED封装的可靠性,还要求灌封胶具有低吸湿性、低应力、耐老化等特性。目前常用的灌封胶包括环氧树脂和硅胶。硅胶由于具有透光率高,折射率大,热稳定性好,应力小,吸湿性低等特点,明显优于环氧树脂,在大功率LED封装中得到广泛应用,但成本较高。研究表明,提高硅胶折射率可有效减少折射率物理屏障带来的光子损失,提高外量子效率,但硅胶性能受环境温度影响较大。随着温度升高,硅胶内部的热应力加大,导致硅胶的折射率降低,从而影响LED光效和光强分布。 荧光粉的作用在于光色复合,形成白光。其特性主要包括粒度、形状、发光效率、转换效率、稳定性(热和化学)等,其中,发光效率和转换效率是关键。研究表明,随着温度上升,荧光粉量子效率降低,出光减少,辐射波长也会发生变化,从而引起白光LED色温、色度的变化,较高的温度还会加速荧光粉的老化。原因在于荧光粉涂层是由环氧或硅胶与荧光粉调配而成,散热性能较差,当受到紫光或紫外光的辐射时,易发生温度猝灭和老化,使发光效率降低。此外,高温下灌封胶和荧光粉的热稳定性也存在问题。由于常用荧光粉尺寸在1um以上,折射率大于或等于1、85,而硅胶折射率一般在1、5左右。由于两者间折射率的不匹配,以及荧光粉颗粒尺寸远大于光散射极限(30nm),因而在荧光粉颗粒表面存在光散射,降低了出光效率。通过在硅胶中掺入纳米荧光粉,可使折射率提高到1、8以上,降低光散射,提高LED出光效率(10%-20%),并能有效改善光色质量。 传统的荧光粉涂敷方式是将荧光粉与灌封胶混合,然后点涂在芯片上。由于无法对荧光粉的涂敷厚度和形状进行精确控制,导致出射光色彩不一致,出现偏蓝光或者偏黄光。而Lumileds公司开发的保形涂层(Conformal coating)技术可实现荧光粉的均匀涂覆,保障了光色的均匀性,如图3(b)。但研究表明,当荧光粉直接涂覆在芯片表面时,由于光散射的存在,出光效率较低。有鉴于此,美国Rensselaer 研究所提出了一种光子散射萃取工艺(Scattered Photon Extraction method,SPE),通过在芯片表面布置一个聚焦透镜,并将含荧光粉的玻璃片置于距芯片一定位置,不仅提高了器件可靠性,而且大大提高了光效(60%),如图3(c)。 总体而言,为提高LED的出光效率和可靠性,封装胶层有逐渐被高折射率透明玻璃或微晶玻璃等取代的趋势,通过将荧光粉内掺或外涂于玻璃表面,不仅提高了荧光粉的均匀度,而且提高了封装效率。此外,减少LED出光方向的光学界面数,也是提高出光效率的有效措施。 三、阵列封装与系统集成技术 经过40多年的发展,LED封装技术和结构先后经历了四个阶段,如图4所示。 1、引脚式(Lamp)LED封装 引脚式封装就是常用的 3-5mm封装结构。一般用于电流较小(20-30mA),功率较低(小于0、1W)的LED封装。主要用于仪表显示或指示,大规模集成时也可作为显示屏。其缺点在于封装热阻较大(一般高于100K/W),寿命较短。 2、表面组装(贴片)式(SMT-LED)封装 表面组装技术(SMT)是一种可以直接将封装好的器件贴、焊到PCB表面指定位置上的一种封装技术。具体而言,就是用特定的工具或设备将芯片引脚对准预先涂覆了粘接剂和焊膏的焊盘图形上,然后直接贴装到未钻安装孔的PCB 表面上,经过波峰焊或再流焊后,使器件和电路之间建立可靠的机械和电气连接。SMT技术具有可靠性高、高频特性好、易于实现自动化等优点,是电子行业最流行的一种封装技术和工艺。 3、板上芯片直装式(COB)LED封装 COB是Chip On Board(板上芯片直装)的英文缩写,是一种通过粘胶剂或焊料将LED芯片直接粘贴到PCB板上,再通过引线键合实现芯片与PCB板间电互连的封装技术。PCB板可以是低成本的FR-4材料(玻璃纤维增强的环氧树脂),也可以是高热导的金属基或陶瓷基复合材料(如铝基板或覆铜陶瓷基板等)。而引线键合可采用高温下的热超声键合(金丝球焊)和常温下的超声波键合(铝劈刀焊接)。COB技术主要用于大功率多芯片阵列的LED封装,同SMT相比,不仅大大提高了封装功率密度,而且降低了封装热阻(一般为6-12W/m、K)。 4、系统封装式(SiP)LED封装 SiP(System in Package)是近几年来为适应整机的便携式发展和系统小型化的要求,在系统芯片System on Chip(SOC)基础上发展起来的一种新型封装集成方式。对SiP-LED而言,不仅可以在一个封装内组装多个发光芯片,还可以将各种不同类型的器件(如电源、控制电路、光学微结构、传感器等)集成在一起,构建成一个更为复杂的、完整的系统。同其他封装结构相比,SiP具有工艺兼容性好(可利用已有的电子封装材料和工艺),集成度高,成本低,可提供更多新功能,易于分块测试,开发周期短等优点。按照技术类型不同,SiP可分为四种:芯片层叠型,模组型,MCM型和三维(3D)封装型。 目前,高亮度LED器件要代替白炽灯以及高压汞灯,必须提高总的光通量,或者说可以利用的光通量。而光通量的增加可以通过提高集成度、加大电流密度、使用大尺寸芯片等措施来实现。而这些都会增加LED的功率密度,如散热不良,将导致LED芯片的结温升高,从而直接影响LED器件的性能(如发光效率降低、出射光发生红移,寿命降低等)。多芯片阵列封装是目前获得高光通量的一个最可行的方案,但是LED阵列封装的密度受限于价格、可用的空间、电气连接,特别是散热等问题。由于发光芯片的高密度集成,散热基板上的温度很高,必须采用有效的热沉结构和合适的封装工艺。常用的热沉结构分为被动和主动散热。被动散热一般选用具有高肋化系数的翅片,通过翅片和空气间的自然对流将热量耗散到环境中。该方案结构简单,可靠性高,但由于自然对流换热系数较低,只适合于功率密度较低,集成度不高的情况。对于大功率LED封装,则必须采用主动散热,如翅片+风扇、热管、液体强迫对流、微通道致冷、相变致冷等。 在系统集成方面,台湾新强光电公司采用系统封装技术(SiP), 并通过翅片+热管的方式搭配高效能散热模块,研制出了72W、80W的高亮度白光LED光源,如图5(a)。由于封装热阻较低(4、38℃/W),当环境温度为25℃时,LED结温控制在60℃以下,从而确保了LED的使用寿命和良好的发光性能。而华中科技大学则采用COB封装和微喷主动散热技术,封装出了220W和1500W的超大功率LED白光光源,如图5(b)。 图5 四、封装大生产技术 晶片键合(Wafer bonding)技术是指芯片结构和电路的制作、封装都在晶片(Wafer)上进行,封装完成后再进行切割,形成单个的芯片(Chip);与之相对应的芯片键合(Die bonding)是指芯片结构和电路在晶片上完成后,即进行切割形成芯片(Die),然后对单个芯片进行封装(类似现在的LED封装工艺),如图6所示。很明显,晶片键合封装的效率和质量更高。由于封装费用在LED器件制造成本中占了很大比例,因此,改变现有的LED封装形式(从芯片键合到晶片键合),将大大降低封装制造成本。此外,晶片键合封装还可以提高LED器件生产的洁净度,防止键合前的划片、分片工艺对器件结构的破坏,提高封装成品率和可靠性,因而是一种降低封装成本的有效手段。 图6 此外,对于大功率LED封装,必须在芯片设计和封装设计过程中,尽可能采用工艺较少的封装形式(Package-less Packaging),同时简化封装结构,尽可能减少热学和光学界面数,以降低封装热阻,提高出光效率。 五、封装可靠性测试与评估 LED器件的失效模式主要包括电失效(如短路或断路)、光失效(如高温导致的灌封胶黄化、光学性能劣化等)和机械失效(如引线断裂,脱焊等),而这些因素都与封装结构和工艺有关。LED的使用寿命以平均失效时间(MTTF)来定义,对于照明用途,一般指LED的输出光通量衰减为初始的70%(对显示用途一般定义为初始值的50%)的使用时间。由于LED寿命长,通常采取加速环境试验的方法进行可靠性测试与*估。 测试内容主要包括高温储存(100℃,1000h)、低温储存(-55℃,1000h)、高温高湿(85℃/85%,1000h)、高低温循环(85℃~-55℃)、热冲击、耐腐蚀性、抗溶性、机械冲击等。然而,加速环境试验只是问题的一个方面,对LED寿命的预测机理和方法的研究仍是有待研究的难题。以上就是大功率LED封装解析,希望能给大家帮助。

    时间:2020-07-31 关键词: LED 封装 大功率

  • 大功率直流电子负载IT8900A/E,你了解吗?

    大功率直流电子负载IT8900A/E,你了解吗?

    什么是大功率直流电子负载IT8900A/E?它有什么作用?专业的仪器制造商ITECH艾德克斯电子即将于5月底发售大功率密度的直流电子负载IT8900A/E系列,电压最高可达1200V,并机功率最大可以达到384 kW,体积更小,4U高度最大输入6kw功率, 重量更轻。为满足更快的测试需求,其内部整体结构进行了全面升级,电流上升下降速度更快,并具有超高的性价比。 在全球大力发展新能源汽车的时代大背景下,为了适应新能源汽车上诸多待测物的测试需求,艾德克斯电子负载不断完善各项功能。IT8900A/E大功率直流负载提供了多达八种工作模式:CC/CV/CR/CP/CV+CC/CV+CR/CR+CC/CP+CC,其中,复合工作模式CR+CC模式特别可用于车载充电机限压、限流特性测试、恒压精度、恒流精度的测试,可防止车载充电机的过流保护。结合电池测试功能、短路测试功能、自动测试、动态测试等功能,可以满足诸如AC-DC、DC-DC电源、动力电池及各类功率电子元器件的测试需求,提高测试效率。 发达国家以及自动化程度较高的工厂和研发中心往往对于远程控制和软件操作要求较高,IT8900A/E内置USB/RS232/GPIB/LAN/CAN/模拟量通讯接口,支持SCPI通讯协议,便于客户的二次开发和系统搭建。搭配艾德克斯IT9000上位机软件也可实现简单易于上手的软件直接监控和操作。 IT8900A/E功率配置灵活,支持多台负载主从并联,升级的并联结构,使得并机更可靠,通信更稳定。此外,18 kW以上的机柜亦支持同电压、不同功率的并机。并机后可以实现单机所有功能。 IT8900A/E 大功率电子负载 为了减少误操作对机器的损坏,IT8900A系列升级了保护功能,除了提供过电流、过电压、过功率、过热保护外,还有电流振荡保护以及软启动、软关机、风扇堵转保护等各类保护,保护更全面更专业,尤其适用于各类尚未成熟的电源类产品的研发测试。 IT8900A/E高性能大功率直流电子负载广泛应用于电源供应器、动力电池、车载充电机、直流充电桩、军工航天等多个领域测试。以上就是大功率直流电子负载IT8900A/E解析,希望能给大家帮助。

    时间:2020-06-20 关键词: 大功率 电子负载 it8900ae

  • 常见的通信终端设备包括哪些?你知道吗?

    常见的通信终端设备包括哪些?你知道吗?

    什么是通信终端设备?他有什么种类?终端,是计算机显示终端,即计算机系统的输入、输出设备。计算机显示终端伴随主机时代的集中处理模式而产生,并随着计算技术的发展而不断发展。迄今为止,计算技术经历了主机时代、PC时代和网络计算时代这三个发展时期,终端与计算技术发展的三个阶段相适应,应用也经历了字符哑终端、图形终端和网络终端这三个形态。 终端设备分为通用和专用两类。通用终端设备是指附有通信处理控制功能的通用计算机输入输出设备。配置的种类和数量视需要而定。通常可以选用的输入和输出装置有:键盘、卡片阅读机,纸带阅读机、光学文字符号或标记识别机、语声识别器、串行或行式打印机、显示器、卡片穿孔机、纸带穿孔机、语声合成器、软磁盘机、磁带机、磁盘机等。通用终端设备按配置的品种和数量,大体上分为远程批处理终端和交互式终端两类。 终端设备的分类 目前常见的客户端设备分为两类:一类是胖客户端,一类是瘦客户端。那么,把以PC为代表的基于开放性工业标准架构、功能比较强大的设备叫做“胖客户端”,其他归入“瘦客户端”。瘦客户机产业的空间和规模也很大,不会亚于PC现在的规模。 1、从技术层面讲,数据处理模式将从分散走向集中,用户界面将更加人性化,可管理性和安全性也将大大提升;同时,通信和信息处理方式也将全面实现网络化,并可实现前所未有的系统扩展能力和跨平台能力。 2、从应用形态讲,网络终端设备将不局限在传统的桌面应用环境,随着连接方式的多样化,它既可以作为桌面设备使用,也能够以移动和便携方式使用,终端设备会有多样化的产品形态;此外,随着跨平台能力的扩展,为了满足不同系统应用的需要,网络终端设备也将以众多的面孔出现:Unix终端、Windows终端、Linux终端、Web终端、Java终端等等。 3、从应用领域讲,字符哑终端和图形终端时代的终端设备只能用于窗口服务行业和柜台业务的局面将一去不复返,网上银行、网上证券、银行低柜业务等非柜台业务将广泛采用网络终端设备,同时网络终端设备的应用领域还将会迅速拓展至电信、电力、税务、教育以及政府等新兴的非金融行业。 远程终端 使远离计算机的用户能对远处的计算机进行批量输入输出作业。这种终端的最简单的结构由一台打印机、一台卡片阅读机及其通信控制处理机组成。实际上远程批处理终端设备在大型计算机系统中具有微型或小型通用计算机的功能。由于通信线路中的信息是以串行方式传输的,终端设备中的通信控制处理机需要将输入到计算机的信息由并行转变为串行而送入通信线路,并将通信线路中送来的信息由串行变为并行后输出;此外还需要按规定的通信规程对信息的传输和纠错等处理工作进行监控。 交互式 又名会话式终端,使用户与计算机系统之间能以人机交互作用或会话方式进行数据处理作业。最简单的交互式终端在早期采用机电式键盘打印终端,用手按动键盘上标有字符的键钮,便可产生相应字符编码的电信号,输入到计算机,同时在打印机的纸上打印出字符;计算机输出的字符编码信号也由打印机在纸上打印成为字符。在不需要记录保存人机会话结果的情况,则用显像管取代打字机来显示字符信息,即采用电子式键盘字符显示终端。 为了使显像管显示无闪烁感,在终端内须设置显示存储器和字形发生器用的只读存储器,此外还要设置显示逻辑处理控制器,以便按电视光栅扫描的时序和同步,控制电子射束在显像管荧光屏面上显示出所需的字符画面格式。由于利用显示存储器可同时存储并显示键入的和输出的字符信息,还可借助键控的定位光标对显示出的信息内容进行定位、修改、上下左右移动和编辑等操作处理。 在键盘字符显示终端基础上已研制成功汉字显示终端,图形显示终端、彩色图像显示终端等新的多功能终端。 1、音频通信终端 音频通信终端是通信系统中应用最为广泛的一类通信终端,它可以是应用于普通电话交换网络PSTN的普通模拟电话机、录音电话机、投币电话机、磁卡电话机、IC卡电话机,也可以是应用于ISDN网络的数字电话机以及应用于移动通信网的无线手机。 一般来讲,具备最基本功能的电话机是由通话模块、发号模块、振铃模块以及线路接口组成的。目前,大部分电话机为按键式电话机,其发号模块主要包括按键号盘、双音频信号/脉冲信号发生器。振铃模块由音调振铃电路、压电陶瓷振铃器或扬声器组成,其作用是在待机状态下检测电话线上的信号状态,当收到从电话交换机送来的振铃信号时驱动压电陶瓷振铃器或扬声器发出振铃提示音。通话模块由电/声器件组成的受话器、声/电转换器件组成的送话器以及信号放大器构成,其作用是完成发话时语音信号的声电变换、信号放大,以及接收信号的放大和语音信号的电声变换。 2、图形、图像通信终端 传真是目前已被广泛应用的一种图形、图像通信业务,它是把纸质介质所记录的文字、图标、照片等信息,通过光电扫描方法变为电信号,经公共电话交换网络传输后,在接收端以硬拷贝的方式得到与发送端相类似的纸介质信息。目前,工作在普通电话交换网并应用最为广泛的3类通信终端传真机,是由CCD图像传感器、视频处理电路、电机驱动电路、记录控制电路、编码解码器、系统控制器、调制解调器、网络控制器、操作面板及电源系统等部分组成。 3、视频通信终端 目前,通信系统中使用的主要视频通信终端为各种电视摄像机、多媒体计算机用摄像头、电视接收机、视频监视器以及计算机显示器。 1)彩色电视摄像机 彩色摄像机主要由光学系统、摄像管(或固体城乡器件)、视频处理电路、同步信号发生器以及彩色信号编码器组成。 2)多媒体计算机用摄像头 多媒体计算机用摄像头与彩色摄像机相比,结构简单,但技术指标较低。其光学系统一般使用较为廉价的塑料镜头,成像器件采用单片CCD或CMOS固体成像器件。按照其信号输出形式,可分为模拟摄像头和数字摄像头两大类。 3)视频显示终端 彩色电视接收机、视频监视器以及计算机显示器是目前主要的视频通信终端设备。其中,彩色电视接收机主要用来接收、显示广播电视信号、有线电视信号以及各种视频播放设备输出的视频电视信号;视频监视器主要用在各种专业领域,用于视频图像信号的监视,其各项技术性能指标要高于电视接收机,但一般不具备高频电视信号的接收功能;计算机显示器主要用于计算机图形、图像的显示,由于它没有高频解调和彩色全电视信号解码电路,因此不能直接用来显示电视信号。计算机显示器在显示分辨率、屏幕刷新速率等方面远高于电视接收机,并工作在逐行扫描状态。 4、数据通信终端 ISDN终端设备品种繁多,最常用的终端设备主要有以下几种: 1)网络终端 网络终端是用户传输线路的终端装置,它是是现在普通电话线上进行数字信号转送和接收的关节设备,是电话局程控交换机和用户的终端设备之间的接口设备。该设备安装于用户处,是实现N-ISDN功能的必备终端。网络终端分为基本速率网络终端和一次群速率网络终端两种。 2)ISDN用户终端 ISDN用户终端设备种类很多,由ISDN电视会议系统、PC桌面系统(包括可视电话)、ISDN小交换机、TA适配器、ISDN路由器、ISDN拨号服务器、数字电话机、四类传真机等。 5、多媒体通信终端 多媒体通信终端可以对多种表示媒体进行处理,显现多种呈现媒体,并能与多种传输媒体和存储媒体进行信息交换。多媒体通信终端可以提供用户对多媒体信息发送、接收和加工处理过程有效的交互控制能力,它对各种不同表示媒体的加工处理是以同步方式工作的,以确保各种媒体在空间和时间上的同步关系。 1)多媒体终端形式 目前人们常用的多媒体终端主要有两种形式:一是以通用计算机或工作站为基础加以扩充,使其具备多媒体信息的加工处理能力,即多媒体计算机终端;二是采用特定的软硬件设备制成针对某种具体应用的专用设备,如多媒体会议终端和各种机顶盒。此外,其他形式的多媒体终端还有:可视电话、远程医疗中使用的各种专用终端等。 2)多媒体通信终端接口 多媒体通信终端有两个接口[4] 需要考虑:一是多媒体终端与人的接口,称为人机接口;二是多媒体终端与网络及外部设备之间的接口,称为通讯与外设接口。 3)多媒体通信终端软件系统 多媒体通信终端不仅需要强有力的硬件的支持,还要考相应的软件支持,只有在这两者充分结合的基础上才能有效的发挥出终端的各种多媒体功能。多媒体通信终端软件系统是由多媒体操作系统和针对各种不同应用的多媒体通信应用软件组成的。以上就是通信终端设备的相关解析,希望能给大家帮助。

    时间:2020-05-01 关键词: 计算机 大功率 通信终端

  • 大功率LED封装技术

    大功率LED封装技术

    大功率LED封装主要涉及光、热、电、结构与工艺等方面,随着科学技术的发展,LED技术也在不断发展,为我们的生活带来各种便利,为我们提供各种各样生活信息,造福着我们人类。这些因素彼此既相互独立,又相互影响。其中,光是LED封装的目的,热是关键,电、结构与工艺是手段,而性能是封装水平的具体体现。从工艺兼容性及降低生产成本而言,LED封装设计应与芯片设计同时进行,即芯片设计时就应该考虑到封装结构和工艺。否则,等芯片制造完成后,可能由于封装的需要对芯片结构进行调整,从而延长了产品研发周期和工艺成本,有时甚至不可能。 具体而言,大功率LED封装的关键技术包括: 一、低热阻封装工艺 对于现有的LED光效水平而言,由于输入电能的80%左右转变成为热量,且LED芯片面积小,因此,芯片散热是LED封装必须解决的关键问题。主要包括芯片布置、封装材料选择(基板材料、热界面材料)与工艺、热沉设计等。 LED封装热阻主要包括材料(散热基板和热沉结构)内部热阻和界面热阻。散热基板的作用就是吸收芯片产生的热量,并传导到热沉上,实现与外界的热交换。常用的散热基板材料包括硅、金属(如铝,铜)、陶瓷(如 ,AlN,SiC)和复合材料等。如Nichia公司的第三代LED采用CuW做衬底,将1mm芯片倒装在CuW衬底上,降低了封装热阻,提高了发光功率和效率;Lamina Ceramics公司则研制了低温共烧陶瓷金属基板,如图2(a),并开发了相应的LED封装技术。该技术首先制备出适于共晶焊的大功率LED芯片和相应的陶瓷基板,然后将LED芯片与基板直接焊接在一起。由于该基板上集成了共晶焊层、静电保护电路、驱动电路及控制补偿电路,不仅结构简单,而且由于材料热导率高,热界面少,大大提高了散热性能,为大功率LED阵列封装提出了解决方案。德国Curmilk公司研制的高导热性覆铜陶瓷板,由陶瓷基板(AlN或 )和导电层(Cu)在高温高压下烧结而成,没有使用黏结剂,因此导热性能好、强度高、绝缘性强,如图2(b)所示。其中氮化铝(AlN)的热导率为160W/mk,热膨胀系数为 (与硅的热膨胀系数相当),从而降低了封装热应力。 研究表明,封装界面对热阻影响也很大,如果不能正确处理界面,就难以获得良好的散热效果。例如,室温下接触良好的界面在高温下可能存在界面间隙,基板的翘曲也可能会影响键合和局部的散热。改善LED封装的关键在于减少界面和界面接触热阻,增强散热。因此,芯片和散热基板间的热界面材料(TIM)选择十分重要。LED封装常用的TIM为导电胶和导热胶,由于热导率较低,一般为0、5-2、5W/mK,致使界面热阻很高。而采用低温或共晶焊料、焊膏或者内掺纳米颗粒的导电胶作为热界面材料,可大大降低界面热阻。 二、高取光率封装结构与工艺 在LED使用过程中,辐射复合产生的光子在向外发射时产生的损失,主要包括三个方面:芯片内部结构缺陷以及材料的吸收;光子在出射界面由于折射率差引起的反射损失;以及由于入射角大于全反射临界角而引起的全反射损失。因此,很多光线无法从芯片中出射到外部。通过在芯片表面涂覆一层折射率相对较高的透明胶层(灌封胶),由于该胶层处于芯片和空气之间,从而有效减少了光子在界面的损失,提高了取光效率。此外,灌封胶的作用还包括对芯片进行机械保护,应力释放,并作为一种光导结构。因此,要求其透光率高,折射率高,热稳定性好,流动性好,易于喷涂。为提高LED封装的可靠性,还要求灌封胶具有低吸湿性、低应力、耐老化等特性。目前常用的灌封胶包括环氧树脂和硅胶。硅胶由于具有透光率高,折射率大,热稳定性好,应力小,吸湿性低等特点,明显优于环氧树脂,在大功率LED封装中得到广泛应用,但成本较高。研究表明,提高硅胶折射率可有效减少折射率物理屏障带来的光子损失,提高外量子效率,但硅胶性能受环境温度影响较大。随着温度升高,硅胶内部的热应力加大,导致硅胶的折射率降低,从而影响LED光效和光强分布。 荧光粉的作用在于光色复合,形成白光。其特性主要包括粒度、形状、发光效率、转换效率、稳定性(热和化学)等,其中,发光效率和转换效率是关键。研究表明,随着温度上升,荧光粉量子效率降低,出光减少,辐射波长也会发生变化,从而引起白光LED色温、色度的变化,较高的温度还会加速荧光粉的老化。原因在于荧光粉涂层是由环氧或硅胶与荧光粉调配而成,散热性能较差,当受到紫光或紫外光的辐射时,易发生温度猝灭和老化,使发光效率降低。此外,高温下灌封胶和荧光粉的热稳定性也存在问题。由于常用荧光粉尺寸在1um以上,折射率大于或等于1、85,而硅胶折射率一般在1、5左右。由于两者间折射率的不匹配,以及荧光粉颗粒尺寸远大于光散射极限(30nm),因而在荧光粉颗粒表面存在光散射,降低了出光效率。通过在硅胶中掺入纳米荧光粉,可使折射率提高到1、8以上,降低光散射,提高LED出光效率(10%-20%),并能有效改善光色质量。 传统的荧光粉涂敷方式是将荧光粉与灌封胶混合,然后点涂在芯片上。由于无法对荧光粉的涂敷厚度和形状进行精确控制,导致出射光色彩不一致,出现偏蓝光或者偏黄光。而Lumileds公司开发的保形涂层(Conformal coating)技术可实现荧光粉的均匀涂覆,保障了光色的均匀性,但研究表明,当荧光粉直接涂覆在芯片表面时,由于光散射的存在,出光效率较低。有鉴于此,美国Rensselaer 研究所提出了一种光子散射萃取工艺(Scattered Photon Extraction method,SPE),通过在芯片表面布置一个聚焦透镜,并将含荧光粉的玻璃片置于距芯片一定位置,不仅提高了器件可靠性,而且大大提高了光效(60%),如图3(c)。 总体而言,为提高LED的出光效率和可靠性,封装胶层有逐渐被高折射率透明玻璃或微晶玻璃等取代的趋势,通过将荧光粉内掺或外涂于玻璃表面,不仅提高了荧光粉的均匀度,而且提高了封装效率。此外,减少LED出光方向的光学界面数,也是提高出光效率的有效措施。 三、阵列封装与系统集成技术 经过40多年的发展,LED封装技术和结构先后经历了四个阶段 1、引脚式(Lamp)LED封装 引脚式封装就是常用的 3-5mm封装结构。一般用于电流较小(20-30mA),功率较低(小于0、1W)的LED封装。主要用于仪表显示或指示,大规模集成时也可作为显示屏。其缺点在于封装热阻较大(一般高于100K/W),寿命较短。 2、表面组装(贴片)式(SMT-LED)封装 表面组装技术(SMT)是一种可以直接将封装好的器件贴、焊到PCB表面指定位置上的一种封装技术。具体而言,就是用特定的工具或设备将芯片引脚对准预先涂覆了粘接剂和焊膏的焊盘图形上,然后直接贴装到未钻安装孔的PCB 表面上,经过波峰焊或再流焊后,使器件和电路之间建立可靠的机械和电气连接。SMT技术具有可靠性高、高频特性好、易于实现自动化等优点,是电子行业最流行的一种封装技术和工艺。 3、板上芯片直装式(COB)LED封装 COB是Chip On Board(板上芯片直装)的英文缩写,是一种通过粘胶剂或焊料将LED芯片直接粘贴到PCB板上,再通过引线键合实现芯片与PCB板间电互连的封装技术。PCB板可以是低成本的FR-4材料(玻璃纤维增强的环氧树脂),也可以是高热导的金属基或陶瓷基复合材料(如铝基板或覆铜陶瓷基板等)。而引线键合可采用高温下的热超声键合(金丝球焊)和常温下的超声波键合(铝劈刀焊接)。COB技术主要用于大功率多芯片阵列的LED封装,同SMT相比,不仅大大提高了封装功率密度,而且降低了封装热阻(一般为6-12W/m、K)。 4、系统封装式(SiP)LED封装 SiP(System in Package)是近几年来为适应整机的便携式发展和系统小型化的要求,在系统芯片System on Chip(SOC)基础上发展起来的一种新型封装集成方式。对SiP-LED而言,不仅可以在一个封装内组装多个发光芯片,还可以将各种不同类型的器件(如电源、控制电路、光学微结构、传感器等)集成在一起,构建成一个更为复杂的、完整的系统。同其他封装结构相比,SiP具有工艺兼容性好(可利用已有的电子封装材料和工艺),集成度高,成本低,可提供更多新功能,易于分块测试,开发周期短等优点。按照技术类型不同,SiP可分为四种:芯片层叠型,模组型,MCM型和三维(3D)封装型。 目前,高亮度LED器件要代替白炽灯以及高压汞灯,必须提高总的光通量,或者说可以利用的光通量。而光通量的增加可以通过提高集成度、加大电流密度、使用大尺寸芯片等措施来实现。而这些都会增加LED的功率密度,如散热不良,将导致LED芯片的结温升高,从而直接影响LED器件的性能(如发光效率降低、出射光发生红移,寿命降低等)。多芯片阵列封装是目前获得高光通量的一个最可行的方案,但是LED阵列封装的密度受限于价格、可用的空间、电气连接,特别是散热等问题。由于发光芯片的高密度集成,散热基板上的温度很高,必须采用有效的热沉结构和合适的封装工艺。常用的热沉结构分为被动和主动散热。被动散热一般选用具有高肋化系数的翅片,通过翅片和空气间的自然对流将热量耗散到环境中。该方案结构简单,可靠性高,但由于自然对流换热系数较低,只适合于功率密度较低,集成度不高的情况。对于大功率LED封装,则必须采用主动散热,如翅片+风扇、热管、液体强迫对流、微通道致冷、相变致冷等。 在系统集成方面,台湾新强光电公司采用系统封装技术(SiP), 并通过翅片+热管的方式搭配高效能散热模块,研制出了72W、80W的高亮度白光LED光源,如图5(a)。由于封装热阻较低(4、38℃/W),当环境温度为25℃时,LED结温控制在60℃以下,从而确保了LED的使用寿命和良好的发光性能。而华中科技大学则采用COB封装和微喷主动散热技术,封装出了220W和1500W的超大功率LED白光光源,如图5(b)。 四、封装大生产技术 晶片键合(Wafer bonding)技术是指芯片结构和电路的制作、封装都在晶片(Wafer)上进行,封装完成后再进行切割,形成单个的芯片(Chip);与之相对应的芯片键合(Die bonding)是指芯片结构和电路在晶片上完成后,即进行切割形成芯片(Die),然后对单个芯片进行封装(类似现在的LED封装工艺),如图6所示。很明显,晶片键合封装的效率和质量更高。由于封装费用在LED器件制造成本中占了很大比例,因此,改变现有的LED封装形式(从芯片键合到晶片键合),将大大降低封装制造成本。此外,晶片键合封装还可以提高LED器件生产的洁净度,防止键合前的划片、分片工艺对器件结构的破坏,提高封装成品率和可靠性,因而是一种降低封装成本的有效手段。 此外,对于大功率LED封装,必须在芯片设计和封装设计过程中,尽可能采用工艺较少的封装形式(Package-less Packaging),同时简化封装结构,尽可能减少热学和光学界面数,以降低封装热阻,提高出光效率。 五、封装可靠性测试与评估 LED器件的失效模式主要包括电失效(如短路或断路)、光失效(如高温导致的灌封胶黄化、光学性能劣化等)和机械失效(如引线断裂,脱焊等),而这些因素都与封装结构和工艺有关。LED的使用寿命以平均失效时间(MTTF)来定义,对于照明用途,一般指LED的输出光通量衰减为初始的70%(对显示用途一般定义为初始值的50%)的使用时间。由于LED寿命长,通常采取加速环境试验的方法进行可靠性测试与*估。测试内容主要包括高温储存(100℃,1000h)、低温储存(-55℃,1000h)、高温高湿(85℃/85%,1000h)、高低温循环(85℃~-55℃)、热冲击、耐腐蚀性、抗溶性、机械冲击等。 然而,加速环境试验只是问题的一个方面,对LED寿命的预测机理和方法的研究仍是有待研究的难题。相信在未来的科学技术更加发达的时候,LED会以更加多种类的方式为我们的生活带来更大的方便,这就需要我们的科研人员更加努力学习知识,这样才能为科技的发展贡献自己的力量。

    时间:2020-03-14 关键词: LED 大功率 封装技术

  • 基于大功率高亮度发光二极管

    基于大功率高亮度发光二极管

    现在大街上随处可见的LED显示屏,还有装饰用的LED彩灯以及LED车灯,处处可见LED灯的身影,LED已经融入到生活中的每一个角落。半导体照明是一种基于大功率高亮度发光二极管(Light Emitting Diode,LED)的新型照明技术。 相比传统照明光源,白光发光二极管(WLED)具有耗电量少、发光效率高、可靠性高、安全环保、寿命长等特点。在当今环境污染日益严重,气候变暖和能源日益紧张的背景下,半导体照明技术已经被公认为是21世纪最具发展前景的高技术领域之一。 在半导体照明领域,在高显色性(Ra>90)同时获得高光效,并且获得像自然光一样自然、舒适的照明效果是LED业界一直追求的目标,也是LED照明产品能否被消费者广泛接收、LED节能工程能否顺利推广的关键因素之一。目前现有的GaN基蓝光LED与YAG:Ce3+黄色荧光粉结合的方式可以获得较高的光效,但由于缺少红光波段,显色指数难以达到较高水平。增加红色荧光粉可以提高显指,但同时也会大大降低白光发光二极管光效,并且红色荧光粉在湿气下较不稳定,易造成色温漂移。如何实现高光效、高光色品质LED照明,又可以同时实现高流明效率与显色指数,成为下一代照明急需解决的问题之一。 量子点是指在空间三个维度上存在量子限域效应的半导体纳米晶材料,又被称作“人造原子”。量子点材料的粒径一般介于1-10 nm间,当半导体晶体的尺寸小于或接近激子波尔半径时,由于量子限域效应,材料中的连续能带结构变为分立能级结构,由此带来了发光光谱窄、色纯度高、色域广等优势,且通过厚壳层材料的包裹可以提高量子点的稳定性。 二、研究及结论 本项目采用有机化学合成法,利用正三辛基膦(TOP)辅助的快速注入生长方法,改进传统的制备工艺,实现了CdSe/CdS厚壳层核壳量子点复合材料的合成制备。并对所合成的核、核壳量子点及其复合材料的晶格结构、形貌特点与发光性质进行了XRD、TEM、SEM、UV-vis、PL表征和红光补偿效果测试。合成的CdSe核直径大约5nm,半峰宽27nm,具有立方纤锌矿晶格结构,详见图1;CdSe/CdS核壳量子点直径约11nm,半峰宽33nm,具有CdS晶格结构的特征峰;合成的CdSe/CdS量子点荧光微球直径约为45-75 μm,半峰宽30nm,外观呈菱形规则形貌,且颗粒分散性良好,见图2。将该材料与YAG:Ce3+黄色荧光粉组合应用,获得了高光效(148.29lm/W),高显色指数(Ra=90.1,R9=97.0)的白光发光二级管,获得的CdSe/CdS核壳量子点复合材料在白光发光二极管中深红光波段的补偿效果。 对产业化实现核壳量子点复合材料批量制备及WLED规模生产具有重要意义。虽然LED在生活中处处可见,但是LED也还有一些不足需要我们的设计人员拥有更加专业的知识储备,这样才能设计出更加符合生活所需的产品。

    时间:2019-11-09 关键词: 发光二极管 大功率 电源技术解析 高亮度

  • 关于三通道大功率LED恒流驱动器的设计的方案

    CG2010A是专用为LED串接级连应用设计的CMOS集成电路,可提供全彩三通道LED驱动,内部有信号整形、级连驱动输出、稳压器等线路。适合灯带式结构的LED显示驱动应用,电流大于30mA,耐压大于9V,允许用户在5V信号不变的情况下灵活的选择LED数量。 CG2010内部集成有三端稳压器,可以3-9V直接供电,有可能超过9V时,可以串接稳压管降压,具体型号可以参考我的博客:稳压器及稳压二极管选型对照表。 DD313 三通道大功率LED 恒流驱动器 产品概述 DD313 是专为大功率LED应用所设计的恒流驱动芯片。内建三个恒流输出通道,可透过三个外挂电阻分别设定输出电流值。并特别设计三个使能端,可个别独立控制三输出通道的开关时间,切换频率最高达一兆赫(1MHz)。电流输出反应极快,支持高色阶变化及高画面刷新率的应用。芯片内建过热断电及过电流保护功能,使应用系统可靠性更为提升。 三通道大功率LED恒流驱动器的设计 特色 三输出通道,可个别控制电流与色阶变化 最大输出电流:500mA(分别由三个外挂电阻设定) 最小输出电压要求:0.8V(当Iout = 500mA 时) 最大输出承受电压:18V 最大输出使能端频率:1MHz 芯片工作电压: 5V ~ 18V 过电流保护功能 过热断电功能 应用 LED 建筑/娱乐/景观照明 LED 一般或特用照明 LED 背光源应用 封装形式 SOP16 或 TSSOP16(带散热片) DM412 三通道LED 恒流驱动器 具LED 开路侦测功能 芯片概述 DM412 是一颗具脉波宽度调制(PWM)输出及使能控制的LED 驱动芯片,专为LED 照明,装饰,大屏显示等应用而设计。每一输出通道皆可输出高达16 比特(65,536 级)灰阶的可调线性电流。芯片内含移位缓存器, 数据锁存, 三通道恒流驱动器(电流值可由相对应的三个外挂电阻调控), 以及做PWM 功能之用的内建震荡器。数据,时钟,与锁存讯号输出端均内建缓冲,支持长串接应用。内建LED 开路侦测功能可帮助使用者找出LED 开路的具体位置,无需加上任何外围组件。独特的「输出端极性反转功能」使DM412 亦能用做「PWM 讯号产生器」,可与大功率LED 驱动器(DD311/2/3)搭配,以实现大功率LED 之65,536 级灰阶的颜色变化。 芯片特色 最大恒流输出:200mA (由三个外挂电阻分别控制) 最大输出承受电压: 17V 最大串行输入时钟频率: 20MHz 线性可调电流输出:65,536 级PWM 灰阶 数据/时钟/锁存讯号输出端均内建缓冲,支持长串接应用 具PWM 自由运行能力(内置振荡器可达17.5MHz,产生画面刷新率达267Hz) 锁存信号输入方式可设定为自动/手动锁存 LED 开路侦测功能 输出端极性反转功能 芯片工作电压: 3.3V ~ 5.5V 应用 LED 装饰与照明 户内/外LED 视频/讯息显示屏 PWM 信号产生器 封装 SOP16, SSOP16, TSSOP16 (带散热片) DM413 三通道LED 恒流驱动器 可编程PWM 输出 芯片概述 DM413 是一颗具脉波宽度调制(PWM)输出及使能控制的LED 驱动芯片,专为LED 照明,装饰,大屏显示等应用而设计。芯片内含移位缓存器, 数据锁存, 及三通道恒流驱动器(电流值可由相对应的三个外挂电阻调控)。内建振荡器可实现PWM 输出功能,最高达14 比特的灰阶。数据输出端与时钟信号输出端皆可串接至下一芯片。独特的「输出端极性反转功能」可与大功率LED 之应用做搭配设计,增加了设计延展性。 芯片特色 最大恒流输出:100mA (由三个外挂电阻分别控制) 最大输出承受电压: 17V 最大串行时钟频率: 20MHz 内置缓存,使影像数据与时钟数据串行传输至下一芯片 具PWM 自由运行能力(内置振荡器可达6.5MHz,产生刷新率达400Hz) 三种PWM 操作模式: 「8 位亮度数据输入」 (8 位模式) 「8 位亮度数据输入」+「6 位整体亮度调整数据输入」 (14 位模式) 「8 位亮度数据输入」+「5 位单点色偏校正数据输入」 (13 位模式) 输出极性反转功能 TTL/CMOS 相容输入位准 芯片工作电压: 3.3V ~ 5.5V

    时间:2019-09-21 关键词: 大功率 恒流驱动 电源资讯

  • 制造大功率LED芯片的方法

    制造大功率LED芯片的方法

    现在大街上随吃可见的LED显示屏,还有装饰用的LED彩灯以及LED车灯,处处可见LED灯的身影,LED已经融入到生活中的每一个角落。但是这些都离不开LED芯片,要想得到大功率LED器件,就必须制备合适的大功率LED芯片。国际上通常的制造大功率LED芯片的方法有如下几种: ①加大尺寸法。通过增大单体LED的有效发光面积和尺寸,促使流经TCL层的电流均匀分布,以达到预期的光通量。但是,简单地增大发光面积无法解决散热问题和出光问题,并不能达到预期的光通量和实际应用效果。 ②硅底板倒装法。首先制备出适合共晶焊接的大尺寸LED芯片,同时制备出相应尺寸的硅底板,并在硅底板上制作出供共晶焊接用的金导电层及引出导电层(超声金丝球焊点),再利用共晶焊接设备将大尺寸LED芯片与硅底板焊接在一起。这样的结构较为合理,既考虑了出光问题又考虑到了散热问题,这是目前主流的大功率LED的生产方式。 美国Lumileds公司于2001年研制出了AlGaInN功率型倒装芯片(FCLED)结构,其制造流程是:首先在外延片顶部的P型GaN上淀积厚度大于500A的NiAu层,用于欧姆接触和背反射;再采用掩模选择刻蚀掉P型层和多量子阱有源层,露出N型层;经淀积、刻蚀形成N型欧姆接触层,芯片尺寸为1mm×1mm,P型欧姆接触为正方形,N型欧姆接触以梳状插入其中,这样可缩短电流扩展距离,把扩展电阻降至最小;然后将金属化凸点的AlGaInN芯片倒装焊接在具有防静电保护二极管(ESD)的硅载体上。 ③陶瓷底板倒装法。先利用LED晶片通用设备制备出具有适合共晶焊接电极结构的大出光面积的LED芯片和相应的陶瓷底板,并在陶瓷底板上制作出共晶焊接导电层及引出导电层,然后利用共晶焊接设备将大尺寸LED芯片与陶瓷底板焊接在一起。这样的结构既考虑了出光问题也考虑到了散热问题,并且采用的陶瓷底板为高导热陶瓷板,散热效果非常理想,价格又相对较低,所以为目前较为适宜的底板材料,并可为将来的集成电路一体化封装预留空间。 ④蓝宝石衬底过渡法。按照传统的InGaN芯片制造方法在蓝宝石衬底上生长出PN结后,将蓝宝石衬底切除,再连接上传统的四元材料,制造出上下电极结构的大尺寸蓝光LED芯片。 ⑤AlGaInN碳化硅(SiC)背面出光法。美国Cree公司是全球唯一采用SiC衬底制造AlGaInN超高亮度LED的厂家,几年来其生产的AlGaInN/SiCa芯片结构不断改进,亮度不断提高。由于P型和N型电极分别位于芯片的底部和顶部,采用单引线键合,兼容性较好,使用方便,因而成为AlGaInNLED发展的另一主流产品。 随着科学技术的更新,LED芯片也会不断更新,虽然LED在生活中处处可见,但是LED也还有一些不足需要我们的设计人员拥有更加专业的知识储备,这样才能设计出更加符合生活所需的产品。

    时间:2019-09-16 关键词: 大功率 电源技术解析 led芯片 led器件

  • 《中美电动汽车充电报告》对我国产生的影响

    《报告》对我国电动汽车充电设施建设有三点启示:突破大功率充电技术是达到和追赶国际先进充电水平的重要途径;分步走,启动我国汽车充电需求响应项目试点;探索新的商业模式,进一步提高充电企业经营效率。 突破大功率充电技术 美国主要存在三种电动汽车快速充电标准,分别是特斯拉超级充电标准(Tesla)、欧洲联合充电系统标准(Combo)和日本标准(CHAdeMo)。我国应加快推动电动汽车大功率充电行业发展,尽快缩小与美国先进水平的技术差距。一是支持电网公司、充电设备企业、车企、电池企业协同开发大功率充电技术和产品,包括高电压平台车型、高压零部件、快充电池等,破解大功率充电在电池、电机、电控等方面的发展瓶颈。结合我国新能源汽车行业情况,可借鉴德国快速充电联盟的做法,由汽车企业成立联盟,攻关大功率充电技术研发和产业化。二是加快电动汽车大功率充电系统标准制定工作。总结北京、深圳、常州等地电动汽车大功率充电示范项目做法,支持开展“车-桩-网”测试,检测车辆生产技术、电网技术、充电设备的稳定性和安全性,制定大功率充电标准,尤其支持在商用车、出租车、物流车等运营车辆,以及长续航里程乘用车等领域的应用。三是建立大功率充电示范项目(比如高速公路快充试点),对电网、电池、充电设备、标准等方面进行可行性验证,推动大功率充电技术大规模应用。 启动充电电力需求响应试点 美国正推进汽车充电电力需求响应试点工作,已在加州、佛蒙特州等地区开展大规模应用。《报告》认为,中国开展汽车充电需求响应项目“取决于现货市场、辅助服务等领域的电力市场改革”。由此,《报告》建议分两步走启动电动汽车充电响应试点:一是试点放开电力交易相关市场,支持战略性新兴产业,在浙江、江苏等地推进电力直接交易,支持充电设施运营商参与大用户直接交易,有效降低用电成本;二是借鉴美国经验,由电网、汽车厂商、充电智能技术公司合作开展响应充电需求项目和商业模式试点,利用电动汽车入网技术(V2G),将电动汽车作为分布式储能单元,以充放电形式参与电网调控,可在用电高峰由电动汽车反向馈电,实现削峰填谷、电力调频、平抑可再生能源电力波动、为电网提供无功支撑等储能功能。

    时间:2019-09-09 关键词: 大功率 电源资讯 新商业

  • 大功率电源MOSMOSFET问题的分析

    大功率电源MOSMOSFET问题的分析

    本文主要介绍三极管原理最通俗的表达理解,希望对您的学习有所帮助。 对三极管放大作用的理解,切记一点:能量不会无缘无故的产生,所以,三极管一定不会产生能量。 但三极管厉害的地方在于:它可以通过小电流控制大电流。 放大的原理就在于:通过小的交流输入,控制大的静态直流。 假设三极管是个大坝,这个大坝奇怪的地方是,有两个阀门,一个大阀门,一个小阀门。小阀门可以用人力打开,大阀门很重,人力是打不开的,只能通过小阀门的水力打开。 所以,平常的工作流程便是,每当放水的时候,人们就打开小阀门,很小的水流涓涓流出,这涓涓细流冲击大阀门的开关,大阀门随之打开,汹涌的江水滔滔流下。 如果不停地改变小阀门开启的大小,那么大阀门也相应地不停改变,假若能严格地按比例改变,那么,完美的控制就完成了。 在这里,Ube就是小水流,Uce就是大水流,人就是输入信号。当然,如果把水流比为电流的话,会更确切,因为三极管毕竟是一个电流控制元件。 截止区:应该是那个小的阀门开启的还不够,不能打开打阀门,这种情况是截止区。 饱和区:应该是小的阀门开启的太大了,以至于大阀门里放出的水流已经到了它极限的流量,但是 你关小 小阀门的话,可以让三极管工作状态从饱和区返回到线性区。 线性区:就是水流处于可调节的状态。 击穿区:比如有水流存在一个水库中,水位太高(相应与Vce太大),导致有缺口产生,水流流出。而且,随着小阀门的开启,这个击穿电压变低,就是更容易击穿了。 术语说明 一、三极管 三极管是两个PN结共居于一块半导体材料上,因为每个半导体三极管都有两个PN结,所以又称为双极结晶体管。 三 极管实际就是把两个二极管同极相连。它是电流控制元件,利用基区窄小的特殊结构,通过载流子的扩散和复合,实现了基极电流对集电极电流的控制,使三极管有 更强的控制能力。按照内部结构来区分,可以把三极管分为PNP管和NPN管,两只管按照一定的方式连接起来,就可以组成对管,具有更强的工作能力。如果按 照三极管的功耗来区别,可以把它们分为小功率三极管、中功率三极管、大功率三极管等。 二、作用与应用 三极管具有对电流信号的放大作用和开关控制作用。所以,三极管可以用来放大信号和控制电流的通断。在电源、信号处理等地方都可以看到三极管,集成电路也是由许多三极管按照一定的电路形式连接起来,具有某些用途的元件。三极管是最重要的电流放大元件。 三、三极管的重要参数 1、β值 β值是三极管最重要的参数,因为β值描述的是三极管对电流信号放大能力的大小。β值越高,对小信号的放大能力越强,反之亦然;但β值不能做得很大,因为太 大,三极管的性能不太稳定,通常β值应该选择30至80为宜。一般来说,三极管的β值不是一个特定的指,它一般伴随着元件的工作状态而小幅度地改变。 2、极间反向电流 极间反向电流越小,三极管的稳定性越高。 3、三极管反向击穿特性: 三极管是由两个PN结组成的,如果反向电压超过额定数值,就会像二极管那样被击穿,使性能下降或永久损坏。 4、工作频率 三极管的β值只是在一定的工作频率范围内才保持不变,如果超过频率范围,它们就会随着频率的升高而急剧下降。 四、分类 按放大原理的不同,三极管分为双极性三极管(BJT,Bipolar Junction Transistor )和单极性(MOS/MES型: Metal-Oxide-Semiconductor or MEtal Semiconductor)三极管。BJT中有两种载流子参与导电,而在MOS型中只有一种载流子导电。BJT一般是电流控制器件,而MOS型一般是电 压控制器件。 五,使用 搞数字电路的使用三极管大都当开关用,只要保证三极管工作在饱和区和截止区就可以。

    时间:2019-07-29 关键词: 大功率 电源技术解析 截止区

  • 比较充电桩高性价的测试方案

    比较充电桩高性价的测试方案

    充电桩:直流充电桩又称快充,可以将市电转换成直流电直接给电池包进行快速补电 前级电路:AC-DC变换器,将市电(AC)整流成直流电(通常称为HVDC高压直流母线) 后级电路:DC-DC变换器,将前级的直流电转换成满足需求的电压输出 更高的续航里程,更短的充电时间是新能源汽车不断追求的目标,这就使得直流充电桩的功率也不断增大。直流充电桩由多个电源模组并联实现大功率充电,在实际量产时由于其高电压,高电流,大功率特性,它的测试一直是个难题。 现在ITECH有了更好的测试解决方案,以15kW模组组成150kW整桩测试为例:在测试单个15kW DC-DC电源模组时,采用两台3U体积18kW的回馈式源载一体系统IT6000B,一台可以作为直流电源直接模拟前级电路的输出,对后级电路供电测试。另一台亦可作为电子负载模拟电池包吸收电流测试后级电路的输出情况,更加优秀的是其通过回馈的方式(逆变),将DC-DC的输出转变为AC电,对前级电路供电,逆变效率最高达95%, 例如15kW模组测试48h,可节约15K*48*0.9=648度电,按1元每度电计算可节约648元,大大的节约测试成本。 图1 15kW充电桩模组测试接线图   图2 150kW充电桩输出测试接线图 IT6000系列采用模块式设计,通过主从并机可扩展功率高达1152MW。对于模组,整机的来回调整测试时,多台IT6000B又可以重新整合完成大功率测试。例如5台单个模组同时测试时,10台18kW双向源可分别单独控制,覆盖单模组输入输出测试。而当客户组装成整桩时,10台IT6000B亦可通过主从并联形成180kW直流电子负载给整桩做拉载测试,大大提高了设备的利用率,减少了客户的硬件投入。而使用IT6000B作为回馈式负载使用,150kW充电桩测试48h,可节约6480元电费。 此外,IT6000B系列双向源内置了高速数据采集功能,可通过面板USB口,配合U盘直接保存数据,最快达到us级数据保存间隔,无需PC即可实现长时间数据保存,可满足客户多样化的使用需求。

    时间:2019-07-28 关键词: 大功率 电源技术解析 快速

  • 有关大功率LED驱动电路设计方案

    有关大功率LED驱动电路设计方案

    大功率L ED是电流型器件,L ED 的亮度随工作电流的增大而增大,为保证流过每只L ED的电流相同,使每只L ED的亮度均匀,采用L ED串联。整个电路的结构框图如图1所示。电流检测为PWM控制电路提供反馈,与PWM控制芯片内的误差放大器的输出信号进行比较,实现对输出脉冲占空比的控制,从而稳定流过L ED的电流。PWMD是数字调光脉冲信号输入,通过调节其占空比可以调节L ED的亮度,达到调光的目的。 采用的IC芯片UC3843是高性能固定频率电流模式控制器,芯片有8个引脚,外电路接线简单,所用元件少,且性能优越,成本低,芯片内部具有可微调的振荡器(能进行精确的占空比控制) 、温度补偿的参考、高增益误差放大器、电流取样比较器。电压调整率好,频率响应好,稳定幅度大;具有低启动电流,带滞后的欠压锁定,工作频率可达500kHz ,大电流的图腾柱式输出,非常适合驱动MOS场效应管。 其内部结构方框图如图2所示。 图1 驱动电路结构框图 图2 UC3843内部结构简化结构框图 1. 1 驱动主电路设计 该电路主要由UC3843 ,MOSFET Q1 ,电感L1和大功率L ED串续流二极管D1及检测电阻R12组成的BUCK型峰值电流控制模式电路,如图3所示。利用引脚4所接的电阻电容R13和C9确定PWM的锯齿波振荡频率;由R1 ,R2 ,电位器R3TL431 ,R4 ,R5 ,C3和UC3843内部的误差放大器组成电流检测反馈的电压基准与电流检测信号通过电流检测比较器比较来控制PWM信号的占空比,限制流过L ED的电流峰值。由此可得流过L ED的电流峰值为: Ipcak≈Is =(Vpin1- 1. 4V)/3R12(1) 式中,Vpin1为UC3843芯片1脚电压, Ipcak为流过L ED的电流峰值, Is 为检测电流峰值。 图3 驱动电路原理图

    时间:2019-07-24 关键词: 大功率 电源技术解析 驱动电路

  • 大功率,高亮度LED驱动

    大功率,高亮度LED驱动

    大功率或高亮度(HB)LED的光输出已经超过了100lm/W(流明/瓦)这一具有里程碑意义的关键数值。实际上,有些制造商已经宣布在实验室中实现了200lm/W.那么,就发光有效性而言,LED显然已经超过了白炽灯(一个典型的60W白炽灯的光输出为15lm/W)。或者换一种说法,发光有效性指的是光源的光输出量(以流明为单位)与产生它所消耗的功率(以瓦为单位)之比。虽然如此,人们预计在未来一年内将会在市场上轻而易举地得到具有150lm/W光输出的LED.另一个好处是LED的寿命。视计算方法的不同而不同,白光LED灯至少具有5万小时的寿命,有些甚至声称可以长达10万小时,而白炽灯的寿命仅为1200小时至1500小时左右。 高亮度LED照明的成本也在迅速下降。几年前,单个白光二极管(几个这样的二极管组成一个LED灯,占了LED灯成本的大部分)的价格约为4美元,现在已经下降到了不足1美元。LED业界的很多分析师预测,在未来一年中,取代白炽灯的LED灯价格将达到消费者可接受的程度。一些LED制造商宣布,已经设计出能让LED灯产生的光输出与大多数家庭都很常见的75W白炽灯相媲美的发光芯片。这类LED芯片通常仅需要约9W功率,就能使LED灯产生等同于75W白炽灯的光输出量。 今天,LED驱动器IC必须具有的一个关键性能特点是能够对LED灯进行充分调光。因为LED是恒定电流驱动的,而DC电流值与LED亮度成正比,所以改变LED的亮度就有两种通过控制LED电流来调光的方法。第一种方法是模拟调光,采用这种方法时,通过降低恒定的LED电流值,就可以成正比地降低LED的DC电流。降低LED电流可能引起LED色彩变化,或导致对LED电流的控制不准确。第二种方法是数字或脉冲宽度调制(PWM)调光。PWM调光以等于或高于100Hz的频率(人眼察觉不到)导通和关断LED.PWM调光的占空比与LED的亮度成正比,而导通时的LED电流保持相同值(如LED驱动器IC所设定的那样),从而在高调光比时保持LED色彩不变。在某些应用中,这种PWM调光方法可以在调光比高达30,000:1的情况下使用。 尤其是在驱动高亮度LED的情况下,LED驱动器IC必须能以一种既满足输入电压范围又满足所需输出电压和电流要求的转换拓扑,为很多不同类型的LED配置提供足够的电流和电压。因此,高亮度LED驱动器IC在理想情况下应该具有以下特点:宽输入电压范围,高达100V;宽输出电压范围,高达100V;高效率转换,高达98%;对LED电流匹配进行严格调节,在温度范围内的变化小于2%;低噪声、恒定频率工作,高达2.5MHz;独立电流和调光控制;宽调光比,高达30,000:1;多种转换拓扑,包括降压型、升压型、降压-升压型和SEPIC;很多保护功能,例如对LED串开路、LED引脚至VOUT短路提供保护,以及准确的欠压闭锁门限;具有最少外部器件的小型紧凑解决方案。 高亮度LED举例 毫无疑问,大部分汽车前灯仍然是白炽灯。不过,这种主导地位将会受到来自高强度放电(HID)灯和高亮度LED前灯的压力。HID灯包括所有用在普通照明中的高强度放电灯,例如高压汞蒸气灯、高压钠灯、低压钠灯和金属卤化物灯。为室内、建筑物或外部空间等工作或生活环境照明,一般照明光源足够亮了。这类照明应用包括住宅照明、商用和工业照明、路灯和汽车前灯。HID氙灯于上世纪90年代首先引入在汽车前灯中。不过,这类灯的生产制造成本很高,因而仅限于在高端汽车中使用。由于最近推出了高亮度LED,这类HID氙灯的使用会迅速减少。因此,高亮度LED前灯在未来10年将有最大增长。 汽车照明系统设计人员面临的最大障碍之一是,如何优化该最新代LED所提供的所有功能和优势。因为LED一般需要一个准确、高效的电流源和一种调光方法,所以LED驱动器IC必须设计为能够在多种工作条件下满足这些要求。此外,其电源解决方案必须高效、坚固并且可靠,同时还要非常紧凑和具有成本效益。 可以说就驱动LED而言,最苛刻的应用之一将是汽车前灯系统(由远光灯、近光灯、白天行车灯、雾灯和转向信号灯组成),因为它们既经受着严酷的汽车电气环境考验,又必须同时适应多种温度条件变化。而且它们还必须始终能放入非常受限的空间中,并具有富有吸引力的成本结构。  

    时间:2019-07-24 关键词: 大功率 电源技术解析 高亮度

  • 大功率LED驱动之设计要求

    大功率LED驱动之设计要求

    生活中最常见的灯就是LED灯,但是很少有人知道LED灯需要LED驱动器,LED路灯照明不会一蹴而就, 因为尚有重大的技术难题需要攻克。下面小编带领大家来了解LED驱动器的相关知识。 除了个别情况(如太阳能电池), 路灯的输入采用交流电源(通常被称作“离线” ) , 大多是120 V或230 V 交流电。就荧光灯灯管和高压放电灯而言, 它们可选的离线运行镇流器范围较广。但因为发光元件的数目很少, 这种电路很简单。很少有荧光灯有四条以上的灯管, 而高压放电灯采用的元件至少超过一个。然而LED 则大不相同, 即使包括“大功率” LED在内, 大多数的功率只有0. 5W ~ 5W。尽管有一些例外的情况, 但对于路灯来说, 通常都需要采用100个或更多1W 的LED 才能发出其所需的数千流明的光。 LED 是电流驱动器件, 以350 mA 驱动的1W 白光LED通常具有3. 0 V ~ 4. 0 V 的正向电压VF。LED是动态电阻非常小的PN结二极管。给二极管施加超过VF三倍的电压会导致电流量不受控制。如果将LED 直接连接到离线交流电压, 它会发出很亮的光然后很快失效。“驱动器”这个术语, 被用来形容将离线电压转换为受控直流电流的功率调节电路。手电筒在被用坏之前很可能早已丢失。而路灯的应用需求显然与之不同, 因此, 长期的可靠性和产品使用寿命是路灯的主要考虑因素。LED 已被宣传为持续时间最长的商业光源, 但如果灯可以持续使用数万小时,则与之匹配的驱动器也必须能够坚持使用相同长的时间。这意味着要更加留心电力驱动器的各个方面,包括从系统架构到每个电路元件的选择。 以上就是LED驱动的相关技术知识,如果要从事相关行业,需要设计人员有雄厚的知识储备,还需要积累大量的项目开发经验。

    时间:2019-07-23 关键词: 电压 大功率 电源技术解析 模块化

  • LED照明AC-DC驱动方案设计

    LED照明AC-DC驱动方案设计

    LED灯在生活中处处可见,但是很少有人知道它是需要LED驱动来驱动的,下面来说一说安森美半导体通用照明AC-DC LED驱动器方案。 LED通用照明应用通常包括大功率、中等功率和低功率三类,分别采用不同的LED驱动方案为相应功率的应用提供电源。安森美半导体提供各种针对通用照明的AC-DC LED驱动器方案,既有用于低功率的AC-DC LED驱动器,也有适合大功率的AC-DC LED驱动器,可满足更高能效、控制架构简单的要求。 常见的LED照明AC-DC驱动方案 大功率应用为40至300 W,主要是户外及基础设施应用,包括区域照明(街灯、停车场灯、荧光灯替代、公园及休闲场所灯等)、隧道灯、高顶灯、建筑物;中等功率应用为8至60 W的商业及建筑物应用,如户外建筑、冷柜/冰箱灯、洗墙灯、嵌灯、聚光灯(PAR20/30/38)类、装饰性灯具、吊扇灯;低功率为1至12 W的住宅及商业应用,包括橱柜内照明、台灯、一体式灯泡(A型灯)、电器、重点照明。     按照输出功率划分,在1-10 W,安森美半导体提供内置FET的NCP1010~5(隔离型,能效近80%);在1-15 W,有内置FET的NCP1027/8(隔离型,能效近80%);1-30 W,有使用外部FET的LV5026/27/28(非隔离型,能效在85%以上);1-50 W,可以选用使用外部FET的NCL30000(隔离型,能效85%以上);40 W至150 W可采用使用外部FET的CCM降压/升压NCL30001(隔离型,能效在85%以上);功率高达300 W的应用可以使用CrM PFC + 谐振半桥的NCL30051,能效可达90%以上。丰富的驱动方案为LED照明设计师提供了多种选择。 1) 低功率AC-DC LED驱动器 在一些低功率AC-DC非隔离LED照明应用中,既要求高功率因数,又要求支持调光,如模拟、数字(PWM)或三端双向可控硅开关器件(TRIAC)调光等。这些应用既可以采用安森美半导体的NCL30000功率因数校正TRIAC可调光LED驱动器,也可以采用LV5026/29系列高功率因数可调光LED驱动器。 LV5026是一款可调光高功率因数方案,兼容TRIAC调光,如图2所示。     图3是采用LV5026的非隔离可调光高功率因数LED驱动器方案。该电路可驱动大功率场效应管电路、采用步进控制方式、具有频率振荡功能;其基准电压可从外部调整,兼容数字调光和模拟调光;此外还内置软启动、过电流保护电路、过热保护电路和过电压保护电路。     安森美半导体LV502x系列器件的PWM控制架构可以降低EMI。2级驱动方式可以削减电流噪声,实现优于竞争器件的低EMI效果。另外,采用非隔离拓扑结构的LED驱动器具有电路中磁性元件尺寸更小、能效更高、元件数量更少以及总物料单(BOM)成本更低的综合优势,还可以用机械设计来满足安规要求。 如果客户需要同时支持TRIAC调光、PWM调光及模拟调光,则应选择LV5026M。为了改善功率,在使用LV5026M的LED照明驱动电路时,改变一下电路构成就可以提高功率因数。有两种方法可以做到这一点。一种是减小AC电压平滑用电容器,扩大AC电流的导通角;另一种是控制功率场效应管中流过的电流与输入AC电压的比例。提高功率因数的电路配线如图3所示。不同点是,以前REF端子是施加一定的电压,现在是输入电压Vin(AC)平滑后的电压经电阻分压后施加在REF端子上。 采用LV5026M的3 W非隔离降压电路设计如图4所示。若只需要支持PWM及模拟调光,则可选择LV5029MC。     2) 大功率AC-DC LED驱动器 在大功率方面,两段式NCL30051功率因数校正(PFC)与半桥谐振LLC集成方案是很好的选择。安森美半导体新的NCL30051离线式LED驱动器与新的NCL30160可调光恒流降压LED驱动器搭配,可为空间受限且需要高能效的高亮度LED驱动器应用提供极佳方案。 NCL30051是一款专用LED驱动集成电路(IC),能够为降压直流-直流(DC-DC)转换器/LED驱动器(如NCL30160)提供恒定电压。该器件集成了一个临界导电模式(CrM)PFC控制器及一个半桥谐振控制器,并内置600伏(V)驱动器,针对离线电源应用进行了优化,具备了所有实现高能效、小外形因数设计所需的特性。NCL30051的半桥段采用固定频率工作。该器件通过调节PFC段的输出电压来稳压,且集成了反馈环路开路保护,再加PFC过压和欠压检测机制,以及可以最高设定为75千赫兹(kHz)的可调节频率振荡器。 NCL30160则是一款用于大功率LED的开关稳压器,采用基于NCL30051的驱动所提供的恒定电压去降低电压,从而为LED串提供恒定电流。通过利用仅55毫欧(mΩ)的低导通阻抗内部MOSFET及以100%占空比工作的能力,能够提供能效高达98%的方案。 该恒流器件以6.3 V至40 V的输入电压范围工作,最高1.4兆赫兹(MHz)的高开关频率使设计人员可采用更小的外部元件,帮助将电路板尺寸减至最小及成本降至最低。NCL30160包含迟滞控制特性,在负载瞬变期间提供快速的响应,省下小型信号控制环路补偿元件。其保护特性包括可用电阻设定LED电流、LED短路保护、欠压锁定及热关闭。 NCL30051与NCP30160 IC搭配工作可以最少的外部元件简化电源电路设计。这种架构使芯片组能够集成在更紧凑及更高性价比的LED照明电源中,用于户外照明(如街灯、停车场灯)及汽车照明等通用照明应用。图4是NCL30051简化应用电路图。     为了让设计师迅速获得电路图及可供订购的物料单(BOM),简化SIMetrix/SIMPLIS仿真及加速设计,安森美半导体还提供电子设计辅助工具——GreenPoint®设计仿真工具;另外还提供NCL30051LEDGEVB评估板,其最大输出功率限制为100 W,但在改变元件条件下最大可输出250 W功率。它可以帮助客户评估功率因数、能效、保护特性、调光功能等特性。 总结 LV5026M支持隔离/非隔离拓扑结构,提供更高能效,在主电源输入电压及LED负载范围内提供紧密的LED稳压,能够提供高功率因数及低总谐波失真(THD),可用于切相(TRIAC)调光器的低功率应用。NCL30051是极佳的高能效方案,控制架构简单,基于新颖的谐振模式控制方法,采用经证明的CrM固定导通时间PFC控制方法,集成了固定频率半桥、高压门驱动器,极适合用于固定电压LED电源及恒流LED驱动器,能用于30 W至200 W以上功率应用。 以上就是安森美半导体通用照明AC-DC LED驱动器方案,设计人员在设计时一定要具备强大的专业知识,不然电路很可能出问题。

    时间:2019-07-23 关键词: 稳压器 大功率 电源技术解析 LED驱动

  • 高效率驱动

    高效率驱动

    LED在固态磷光体在电场作用下,将电能直接转换成了光,这就是它的发光原理,在现实生活中处处可见,它不仅高效,成本低,而且耗能低。 过去几年,LED技术取得了很大进步。在散热、封装和工艺方面的改进获得了更高的亮度、更高的效率、更长的寿命和更低的成本。与白炽灯不同,LED没有会烧坏的灯丝,而且工作时往往温度较低。此外,白炽灯有95%的能量是以热量形式浪费掉的。 大功率或高亮度(HB)LED的光输出已经超过了100lm/W(流明/瓦)这一具有里程碑意义的关键数值。实际上,有些制造商已经宣布在实验室中实现了200lm/W.那么,就发光有效性而言,LED显然已经超过了白炽灯(一个典型的60W白炽灯的光输出为15lm/W)。或者换一种说法,发光有效性指的是光源的光输出量(以流明为单位)与产生它所消耗的功率(以瓦为单位)之比。虽然如此,人们预计在未来一年内将会在市场上轻而易举地得到具有150lm/W光输出的LED.另一个好处是LED的寿命。视计算方法的不同而不同,白光LED灯至少具有5万小时的寿命,有些甚至声称可以长达10万小时,而白炽灯的寿命仅为1200小时至1500小时左右。 高亮度LED照明的成本也在迅速下降。几年前,单个白光二极管(几个这样的二极管组成一个LED灯,占了LED灯成本的大部分)的价格约为4美元,现在已经下降到了不足1美元。LED业界的很多分析师预测,在未来一年中,取代白炽灯的LED灯价格将达到消费者可接受的程度。一些LED制造商宣布,已经设计出能让LED灯产生的光输出与大多数家庭都很常见的75W白炽灯相媲美的发光芯片。这类LED芯片通常仅需要约9W功率,就能使LED灯产生等同于75W白炽灯的光输出量。 今天,LED驱动器IC必须具有的一个关键性能特点是能够对LED灯进行充分调光。因为LED是恒定电流驱动的,而DC电流值与LED亮度成正比,所以改变LED的亮度就有两种通过控制LED电流来调光的方法。第一种方法是模拟调光,采用这种方法时,通过降低恒定的LED电流值,就可以成正比地降低LED的DC电流。降低LED电流可能引起LED色彩变化,或导致对LED电流的控制不准确。第二种方法是数字或脉冲宽度调制(PWM)调光。PWM调光以等于或高于100Hz的频率(人眼察觉不到)导通和关断LED.PWM调光的占空比与LED的亮度成正比,而导通时的LED电流保持相同值(如LED驱动器IC所设定的那样),从而在高调光比时保持LED色彩不变。在某些应用中,这种PWM调光方法可以在调光比高达30,000:1的情况下使用。 尤其是在驱动高亮度LED的情况下,LED驱动器IC必须能以一种既满足输入电压范围又满足所需输出电压和电流要求的转换拓扑,为很多不同类型的LED配置提供足够的电流和电压。因此,高亮度LED驱动器IC在理想情况下应该具有以下特点:宽输入电压范围,高达100V;宽输出电压范围,高达100V;高效率转换,高达98%;对LED电流匹配进行严格调节,在温度范围内的变化小于2%;低噪声、恒定频率工作,高达2.5MHz;独立电流和调光控制;宽调光比,高达30,000:1;多种转换拓扑,包括降压型、升压型、降压-升压型和SEPIC;很多保护功能,例如对LED串开路、LED引脚至VOUT短路提供保护,以及准确的欠压闭锁门限;具有最少外部器件的小型紧凑解决方案。 高亮度LED举例 毫无疑问,大部分汽车前灯仍然是白炽灯。不过,这种主导地位将会受到来自高强度放电(HID)灯和高亮度LED前灯的压力。HID灯包括所有用在普通照明中的高强度放电灯,例如高压汞蒸气灯、高压钠灯、低压钠灯和金属卤化物灯。为室内、建筑物或外部空间等工作或生活环境照明,一般照明光源足够亮了。这类照明应用包括住宅照明、商用和工业照明、路灯和汽车前灯。HID氙灯于上世纪90年代首先引入在汽车前灯中。不过,这类灯的生产制造成本很高,因而仅限于在高端汽车中使用。由于最近推出了高亮度LED,这类HID氙灯的使用会迅速减少。因此,高亮度LED前灯在未来10年将有最大增长。 汽车照明系统设计人员面临的最大障碍之一是,如何优化该最新代LED所提供的所有功能和优势。因为LED一般需要一个准确、高效的电流源和一种调光方法,所以LED驱动器IC必须设计为能够在多种工作条件下满足这些要求。此外,其电源解决方案必须高效、坚固并且可靠,同时还要非常紧凑和具有成本效益。 可以说就驱动LED而言,最苛刻的应用之一将是汽车前灯系统(由远光灯、近光灯、白天行车灯、雾灯和转向信号灯组成),因为它们既经受着严酷的汽车电气环境考验,又必须同时适应多种温度条件变化。而且它们还必须始终能放入非常受限的空间中,并具有富有吸引力的成本结构。 适用于汽车前灯的新型LED驱动器IC 凌力尔特公司最近推出的LT3791是一款同步四开关降压-升压型LED驱动器和稳压器控制器,它非常适用于驱动用于汽车前灯应用的高亮度LED.该控制器在高于、低于或等于输出电压的输入电压范围内工作。该器件具有4.5V至60V的输入范围和0V至60V的输出范围,还可在工作模式之间无缝转换。此外,其独特的同步降压-升压型拓扑使工作效率高达98%,这极大地减小了以热量形式散出功率损耗所必需的散热器的尺寸和重量。 以地为基准的电压反馈引脚(FB)用作几个LED保护功能的输入,并使该转换器能够作为恒定电压源工作,如图1所示。该器件还提供故障保护功能,以使LED在开路或短路的情况下不会损坏,并对故障情况进行报告,同时,当故障发生时,定时器使LT3791能够继续运行、闭锁(latch off)或重启。它还采用了专有的电流模式拓扑和控制架构,并在降压和升压模式时使用了一个电流检测电阻器。 本文小结 虽然LED驱动器需要就要更多的功能特点,对于设计人员,就需要设计配合相应高效率LED的高性能驱动器。     LT3791以高功率驱动的LED阵列。

    时间:2019-07-23 关键词: 驱动器 大功率 电源技术解析 高亮度

  • 大功率开关电源如何降低自身功耗

      随着能源效率和环保的日益重要,人们对开关电源待机效率期望越来越高,客户要求电源制造商提供的电源产品能满足 BLUEANGEL,ENERGYSTAR,ENERGY2000等绿色能源标准,而欧盟对开关电源的要求是:到2005年,额定功率为 0.3W~15W,15W~50W和50W~75W的开关电源,待机功耗需分别小于0.3W,0.5W和0.75W。  目前大多数开关电源由额定负载转入轻载和待机状态时,电源效率急剧下降,待机效率不能满足要求。这就给电源设计工程师们提出了新的挑战。  开关电源功耗分析  要减小开关电源待机损耗,提高待机效率,首先要分析损耗的构成。以反激式电源为例,其工作损耗主要表现为:MOSFET导通损耗MOSFET导通损耗  在待机状态,主电路电流较小,MOSFET导通时间ton很小,电路工作在DCM模式,故相关的导通损耗,次级整流管损耗等较小,此时损耗主要由寄生电容损耗和开关交叠损耗和启动电阻损耗构成。  开关交叠损耗,PWM控制器及其启动电阻损耗,输出整流管损耗,箝位保护电路损耗,反馈电路损耗等。其中前三个损耗与频率成正比关系,即与单位时间内器件开关次数成正比。  提高开关电源待机效率的方法  根据损耗分析可知,切断启动电阻,降低开关频率,减小开关次数可减小待机损耗,提高待机效率。具体的方法有:降低时钟频率;由高频工作模式切换至低频工作模式,如准谐振模式(QuasiResonant,QR)切换至脉宽调制(PulseWidthModulation,PWM),脉宽调制切换至脉冲频率调制(PulseFrequencyModulation,PFM;可控脉冲模式(BurstMode)。  切断启动电阻  对于反激式电源,启动后控制芯片由辅助绕组供电,启动电阻上压降为300V左右。设启动电阻取值为47kΩ,消耗功率将近2W。要改善待机效率,必须在启动后将该电阻通道切断。TOPSWITCH,ICE2DS02G内部设有专门的启动电路,可在启动后关闭该电阻。若控制器没有专门启动电路,也可在启动电阻串接电容,其启动后的损耗可逐渐下降至零。缺点是电源不能自重启,只有断开输入电压,使电容放电后才能再次启动电路。

    时间:2019-03-08 关键词: 开关电源 大功率 电源技术解析

  • 大功率电镀电源软开关技术的分类

    大功率高频电镀电源实际上是一种低压大电流的整流装置。通常采用PWMDC―DC移相全桥变换器拓扑。由于PWMDC―DC移相全桥变换器的超前桥臂只能实现ZVS,而滞后桥臂可以实现ZVS和ZCS,可以将PWMDC―DC移相全桥变换器的软开关方式分为两类:(1)ZVS方式:零状态工作在恒流模式,超前桥臂和滞后桥臂均实现ZVS,适合于电力MOSFET;(2)ZVZCS方式:零状态工作在电流复位模式,超前桥臂实现ZVS,滞后桥臂实现ZCS,适合于IGBT。

    时间:2019-03-08 关键词: 大功率 电源技术解析 软开关技术 电镀电源

  • 大功率变频可调电源的设计

    大功率变频可调电源的设计

      1 引言  正弦脉宽调制和变频调速技术在工业控制领域的应用日见广泛。许多电力测试仪器都要求大功率、高性能以满足电力设备的测试要求。目前,市场上的大功率开关电源,其核心功率器件大都采用MOSFET半导体场效应晶体管和双极型功率晶体管,它们都不能满足小型、高频、高效率的要求。MOSFET场效应晶体管具有开关速度快和电压型控制的特点,但其通态电阻大,难以满足高压大电流的要求;双极型功率晶体管虽然能满足高耐压大电流的要求,但没有快速的开关速度,属电流控制型器件,需要较大的功率驱动。绝缘栅双极型功率晶体IGBT集MOSFET场效应晶体管和双极型功率晶体管于一体,具有电压型控制、输入阻抗大、驱动功率小、开关速度快、工作频率高、容量大等优点。用高性能的绝缘栅双极型功率晶体IGBT作开关逆变元件、采用变频调幅技术研制的逆变电源,具有效率高、性能可靠、体积小等优点。  2 工作原理  该电源采用高频逆变技术、数字信号发生器、正弦脉宽调制和变频调幅、时序控制上电和串联谐振式输出。电源具有效率高、输出功率大、体积小等优点,其总体原理框图如图1所示。  由数字信号发生器产生的正弦波被25kHz的三角调制波调制,得到一个正弦脉宽调制波,经驱动电路驱动逆变元件IGBT。改变正弦波的频率,幅值便可达到调频调幅输出,逆变输出为串联谐振式输出,将高频载波信号滤掉,从而得到所需频率的正弦信号。时序控制电路用来控制功率源供电电源在上电时缓慢上电,确保电源上电时电流平稳,同时还避免非过零点开关带来的冲击;在控制电路中还设计了故障锁定功能,一旦电源故障,锁定功能将禁止开通IGBT,当故障出现时,IGBT被锁点开通,这时大容量滤波电容会储存很高的电能。所以,电源部分有故障保护自动切断工作电源和自动放电功能,整机设计有双重过流、过压和过热等完善的保护功能。      3 控制与驱动电路  控制电路指主控电路,包括正弦脉宽调制波的产生,占空比调节和故障锁定电路。控制电路的正弦调制波,可根据实际应用情况调节其频率。驱动电路则采用三菱公司生产的IGBT专用驱动模块EXB840,该驱动模块能驱动高达150A/600V和75A/1200V的IGBT,该模块内部驱动电路使信号延迟≤1μs,所以适用于高达40kHz的开关操作。用此模块要注意,IGBT栅射极回路接线必须小于1M,栅射极驱动接线应当用绞线。EXB840的驱动电路如图2所示。  4 逆变与缓冲电路  该电源采用半桥结构串联谐振逆变电路,主电路原理如图3所示。在大功率IGBT谐振式逆变电路中,主电路的结构设计十分重要,由于电路中存在引线寄生电感,IGBT开关动作时在电感上激起的浪涌尖峰电压Ldi/dt不可忽视,由于本电源采用的是半桥逆变电路,相对全桥电路来说,将产生比全桥电路更大的di/dt。正确设计过压保护即缓冲电路,对IGBT的正常工作十分重要。如果缓冲电路设计不当,将造成缓冲电路损耗增大,会导致电路发热严重,容易损坏元件,不利于长期工作。      过程是:当VT2开通时,随着电流的上升,在线路杂散电感Lm的作用下,使得Uab下降到Vcc-Ldi/dt,此时前一工作周期以被充电到Vcc的缓冲电容C1,通过VT1的反并联二极管VD1、VT2和缓冲电阻R2放电。在缓冲电路中,流过反并联二极管VD1的瞬时导通电流ID1为流过线路杂散电感电流IL和流过缓冲电容C1的电流IC之和。即ID1=IL+IC,因此IL和di/dt相对于无缓冲电路要小得多。当VT1关断时,由于线路杂散电感Lm的作用,使Uce迅速上升,并大于母线电压Vcc,这时缓冲二极管VD1正向偏置,Lm中的储能(LmI2/2)向缓冲电路转移,缓冲电路吸收了贮能,不会造成Uce的明显上升。  5 缓冲元件的计算与选择    式中:f—开关频率;Rtr—开关电流上升时间;IO—最大开关电流;Ucep—瞬态电压峰值。  在缓冲电路的元件选择中,电容要选择耐压较高的电容,二极管最好选择高性能的快恢复二极管,电阻要用无感电阻。  6 结束语  该电源已经成功地应用于大功率电力测试仪器,与传统方法相比,不仅测量精度高,而且提高了工作效率,增加了工作安全性,降低了劳动强度。  参考文献  1 李萌金.电力电子器件绝缘栅——双极晶体管及其应用.电测与仪表,1997(10)  2 任天良.300W零电流型准谐振直流电源设计.电力电子技术,2000(3)  3 田建等.大功率IGBT瞬态保护研究.电力电子技术,2000(4)

    时间:2019-03-08 关键词: 大功率 电源技术解析 变频 可调电源

  • 大功率逆变器试验集成平台

    在电力电子技术的应用以及各种电源系统中,开关电源技术均处于核心地位,逆变器就是一种DC/AC的转换器、它利用晶闸管电路,将电池组等直流电源转化成输出电压和频率稳定的交流电源。按照直流电源的性质来分类,逆变器可以分为电压型逆变器和电流型逆变器;按照输出端相数来分,逆变器可分为单相逆变器和三相逆变器,其中单相逆变器按结构可分为半桥型逆变器和全型逆变器。  随着现代工业的快速发展,对电源容量的需求也越来越大。尤其在工厂商业用电系统、舰船集中供电系统、蓄电池后备供电系统以及电力系统等,大功率逆变器拥有着良好的应用前景。但是,在逆变器输出电压不变起的情况下,需要的输出功率越大,逆变器流过的电流也就越大,这对功率器件的生产已经逆变器的控制都形成更大挑战。  大功率逆变器的特点:  1、电路中各器件上流过的电流大,这给电路结构的选择、电路元件的设计制造以及系统的控制带来了很多问题。  2、电路中各元器件损耗的功率大,散热问题比较严重。  3、电路中的感性器件和容性器件较大,因此电路的过压过流保护;电磁干扰已经控制方法的设计都需要更加完善。  4、大功率逆变器要有良好的稳态和动态性能,在控制方法上也比一般的电力电子系统更加复杂。  随着并网逆变器生产企业对防孤岛试验检测装置的大量需求,市场上已出现一些不法商贩,将交流电源老化用的RLC负载,当作精密RLC负载销售,以次充好谋取暴利。主要表现为:所销售的是三无产品---无认证证书、无计量检测报告、无质量保证的老化负载,这些山寨公司一定会要求客户先付款再发货,产品无法通过金太阳认证标准验收时,主动权已经不在用户手上了。  根据光伏并网逆变器金太阳认证新标准CNCA/CTS0004-2009A规定,要求出厂试验检测项目(包括防孤岛效应保护试验等共11个项目),都必须配备相应检测设备,否则无法获得金太阳认证。  2012年2月,中国财政部、科技部及国家能源局联合发布了《关于做好2012年金太阳示范工作的通知》。根据通知要求,对金太阳示范工程所采用的光伏逆变器的生产企业资质要求作出明确规定:“附件1---金太阳示范工程关键设备基本要求(2012年)(二)生产企业资质要求:1、在中华人民共和国注册的独立法人,注册资本金在3000万元人民币以上。2、具有三年以上独立生产、供应和售后服务的能力,2011年实际发货量不低于50MWp(以海关报关单或销售发票为准)。3、配备直流源、功率分析仪、示波器、电能质量分析仪、绝缘耐压测试仪、残余电流测试仪、漏电流测试仪、精密RLC可调负载等出厂检验设备”。  防孤岛试验检测装置正确选型应该关注以下关键技术:  一、关于谐振频率的难点  为了模拟孤岛运行环境,需要RLC负载能够精确产生一个稳定的基频频率(50Hz或60Hz),谐振频率公式,L与C一定要均衡,才能达到基频频率。为了高效率实施逆变器检测,防孤岛逆变器测试平台在选型时一定要注意选择一套可以稳定、快速、自动调试出基频频率的RLC负载。  二、关于逆变器测试平台输出无功对谐振频率的影响  所有被测光伏逆变器一定会有无功输出,无功可能是容性,也可能是感性。关键是在实施防孤岛效应保护试验时,逆变器输出无功功率一定要可以自动补偿到RLC负载调试中,避免在试验过程过欠频触发保护,导致测量结果错误。所以一定要注意选择一套可以自动补偿逆变器输出无功功率的RLC负载。  三、关于寄生量对测量结果的影响  如果试验的电感负荷比电容大,谐振频率会大于50Hz,电感负荷比电容小,谐振频率会小于50Hz,而RLC负载的元器件寄生量过大,会导致谐振频率偏差,L与C每偏差3%,会导致谐振频率偏差0.8Hz.深圳菊水BB公司等生产的RLC负载,通常寄生量在5%左右,根本无法满足孤岛试验。

    时间:2019-03-05 关键词: 大功率 电源技术解析 逆变器 试验集成平台

  • 基于CPLD的数字式大功率激光驱动电源设计

    基于CPLD的数字式大功率激光驱动电源设计

      激光加工主要是利用CO:激光束聚焦在材料表 面使材料熔化,同时用与激光束同轴的压缩气体吹 走被熔化的材料,来完成所需轨迹图形的切割或者相应工艺品表面的雕刻。激光加工属于非接触加工, 具有加工方法多、适应性强、加工精度高、质量好和加工效率高等优点。激光驱动电源作为激光器的 直接控制单元,其光开关响应的最高频率和出光功率稳定和可靠性会直接影响最终的加工效果。基于快速响应和出光稳定的需求,乐创自动化技术有限公司研发了一种基于CPLD的数字式大功率激光驱动电源。  2 、系统组成及其工作原理  2.1 系统组成  基于 CPLD的数字式大功率CO:激光驱动电源 的系统结构如图1所示。该系统主要由主电源、稳压电源、辅助电源、驱动桥路、逆变升压、反馈电路和数字控制电路等部 分组成。其中主电源和稳压电源主要完成AC20V 的输人到310V直流电压的稳定输出,保证逆变升 压部分在一个合理的参数下稳定可靠工作。辅助电源主要是将310V直流电压转换成SV和12V直流电 压供数字控制部分和反馈比较器部分使用。驱动桥路和逆变升压主要是完成负载需要的约200(刃V高压的输出。反馈电路主要起到保护作用,控制输出 电流的范围。    基于CPLD的数字式大功率激光驱动电源设计结构框图  2.2 工作原理  在激光驱动电源的原理框图中,AC202V经过 整流滤波后产生310V的直流电压,310V直流电压经过稳压电源输出稳定的310V直流电压供逆变 升压部分和辅助电源工作,辅助电源把3lOV直流电压变成12V和SV直流电压给数字控制部分和反 馈部分提供基准电压。数字控制部分通过控制驱动桥路的导通时间来完成功率的控制。反馈电路通 过采样输出源端的电流大小来保护输出电流不超过 30MA。  3 、功能的实现方法  3.1主电路及稳压电路部分  AC220V 经过整流滤波后得到301V左右的直流电压,再经过开关型稳压电源得到稳定的3lOV直流电压。  3.2 驱动桥路及逆变升压部分  310V 直流电压经过半桥逆变得到高频方波电 压,为了保证低电流激光器的器辉,在逆变回路中采用了串联谐振和并联谐振技术。高频升压变压器 和高压整流电路构成的升压部分被封装成独立的元件高压包。设计中采用2个高压包串联输出给激光 器供电。  3.3数字控制部分及反馈部分  数字部分采用CPLD控制,一方面CPLD完成 开关光、水保护、过流过压反馈等信号的逻辑控制, 另一方面主要是完成PWM波的输出。  3.4 辅助电源部分  基于VIPer22 A变换器和高频电源变压器的辅 助电源,输出电压波形稳定无较大尖峰。  4 、功能特点  4.1稳定性好,抗外电压波动性强,调节范围大  由在逆变升压电路之前设计了一级开关型稳 压电源,该稳压电源能够保证外网电压在一15% (187V)一+10%(242V)之间变化时,逆变升压部 分的基准电压稳定在30v,这样就保证了逆变升压部分能工作在一个稳定的参数下,同时也就提高了其工作的稳定性。  4.2 频率响应高  由于控制部分采用了基于CPLD的数字控制方 式,在激光雕刻加工中可以胜任lokb/s的控制脉 冲,能够很好地完成坡度雕刻和小字的雕刻。  在激光切割加工中,由于数字控制模块输出的 驱动脉冲的占空比不受外部非控制信号的影响,能 够保证在长时间工作下稳定的功率输出。在激光雕刻中,能够实时响应控制系统的功率数据,同时由 于激光器的出光功率与工作电流之间并不是线性关系,在坡度雕刻时,可以通过数字控制部分修正光 功率,使其以线性变化来保证在雕刻坡度中对坡度 的要求。  4.3 可以定制的控制方式  在激光加工应用中,有时会有很多特殊的加工 要求,如切割起始阶段要求出光功率大一些。数字 控制方式能够方便地修改程序来满足相应的新要求。  5 、结论  通过在成都微巨科技有限公司生产的1.6M的 激光器上长时间测试,该激光驱动电源频率响应高、控制精确、且输出电流纹波小,能够保证激光器长 期稳定的工作。

    时间:2019-02-27 关键词: 数字式 cpld 大功率 电源技术解析

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