12w大功率LED筒灯设计毕业论文设计.doc

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1、毕业论文（设计） 论 文 题 目12w大功率LED筒灯设计 姓名（学号） 系 别 专 业电气工程及其自动化 导 师 姓 名 12w大功率LED筒灯设计摘要：近年以来随着半导体材料生长技术与器件封装工艺的进步，大功率LED灯的发光效率及可靠性得到了很大的提高。但是由于LED的外观，驱动电路的设计，发光特性和透镜的选择等与传统灯源不同，使得现有的供电和照明系统无法完全适用于LED。所以如何对LED灯进行外形，驱动电路，透镜选择等光学系统，散热，结构的设计，对发挥大功率LED灯的潜能，促进整个半导体照明产业的发展以及促进人民生活质量的提高具有不可或缺的作用。本文首先介绍了LED灯的概念，原理，实质及

2、照明灯具产业的发展现状及意义，阐述了照明理论与灯具设计基础；针对12w大功率LED筒灯驱动电路的以及其他的设计，本文采用比较，思考，分析，计算的方法，不断进行修改，不断进行改进，最终在满足12w大功率以及确定外观，散热，透镜等的设计的条件下尽可能达到经济简单，为大功率LED筒灯产业的更进一步发展，做出自己的贡献。关键字：大功率 LED 筒灯 设计Design of 12w high power LED lampAbstract:In recent years with the development of semiconductor material growth technology and

3、 device packaging technology advances, the luminous efficiency and reliability of high-power LED lamp has been greatly improved. But because of the appearance LED, driving circuit design, different luminescence characteristics and the selection of lens and traditional light source, the existing powe

4、r supply and lighting system can not be fully applicable to the LED. So how to LED lamp shape, drive circuit, the selection of lens optical system, cooling, structure design, the use of high-power LED lamp potential, promote the development of semiconductor lighting industry and has an important rol

5、e to promote the improvement of quality of life.LED downlight is embedded into the ceiling light beam lighting. This paper first introduces the concept of LED lamps, the principles, development status and significance of essence and lighting industry, expounds the theory basis of lighting and lighti

6、ng design; and then discusses the design idea of 12W high power LED tube light, according to the 12W high power LED lamp drive circuit and other design, this paper adopts comparative, thinking, analysis, continuous improvement, and ultimately to meet 12W high power as well as to determine the appear

7、ance, heat dissipation, reducing the manpower and material consumption, to make its own contribution.Keywords: high power; LED; lamp; design目录引 言11 LED的介绍2 1.1 LED灯的简单概述21.2 LED灯的发展史41.3 与传统灯的差异41.4 LED灯具的结构特征62 LED筒灯的设计72.1 整体外观的设计72.2 驱动电路的设计8 2.2.1 传统LED驱动电路8 2.2.2 LED的改进驱动电路10 2.2.3 电容降压的LED驱动电路

8、的简单介绍11 2.2.4 设计的驱动电路133 LED铝基板和散热器的设计143.1 铝基板的介绍143.2 LED铝基板的分析153.3 热分析163.4 设计的铝基板173.5 散热器的设计19 3.5.1 散热器的介绍19 3.5.2 散热器稳态温度场分析194 LED透镜244.1 LED透镜的材料种类244.2 透镜的应用分类244.3 LED透镜规格分类254.4 LED透镜的设计与模具加工264.5 设计的透镜27结论28致谢29参考文献：30II毕业论文（设计）引 言LED日光灯作为一种光亮柔和而有效的光源在全世界很受欢迎，无论是在家居、商店、办公室、学校、超市、医院、剧场，

9、影楼，戏院还是在商业冰柜、广告灯箱、地铁、车站、人行隧道、人防工程、夜市灯饰照明、公园等，只要需要照明的地方都可以见到LED日光灯。 传统的LED日光灯其电源的利用率并不理想：附加镇流器功耗较大，开启时需要辅助高压；日光灯管内置的水银在废弃时无法处理，成为污染环境的公害。而且日光灯管的荧光粉在充入日光灯管过程中，含有很多量的汞(水银)，所以日光灯管破裂后，跑出来的水银蒸气对人体的危害较大。权威资料表明：汞蒸气达0.04至3毫克时会使人在3至4月内慢性中毒，达1.2至8.5毫克时会诱发急性汞中毒，如若其含量达到20毫克，会直接导致动物的死亡。第四代新型节能光源，LED光源诞生之时即被用来做各类灯

10、具的发光光源。0.07W的白光LED草帽灯、食人鱼是最早被用在LED日光灯的发光灯条上的。 每个LED日光灯管使用数量不等，约290-360颗。而且现在新一代的LED日光灯发光灯条使用从0.06W到1W、显色为纯白、汗白、青白、暖白、冷白、的贴片LED平面光源。节能省电是LED日光灯的最大特点。以T8日光灯为例，标称36W的荧光日光灯(CFL)，其附加镇流器耗电8W，工作时实际耗电44W，照亮流明为420lm，使用寿命3千小时。而同样规格的LED日光灯，工作时实际耗电仅16W，照亮流明为550lm，使用寿命可达3万小时。然而与传统的照明系统不同，由于传统的技术还不够成熟，目前大功率的LED筒灯

11、的制作数量不是很多，特别是大功率LED筒灯驱动电路的设计，总是很难达到既经济又简单，本文中主要阐述了大功率LED筒灯驱动电路、外形、结构、散热等的设计，论述了自己的观点，在满足大功率的条件下，尽量满足经济简单的要求。1 LED的介绍1.1 LED灯的简单概述LED是发光二极管（light emitting diode）英文的缩写。是一种固态的半导体元器件，它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，而另一端连接到电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主要的地位，另一端是N型半导体，在

12、这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个P-N结。当电流通过导线作用到此晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就以光子的形式发出一定的能量，这就是LED发光的原理。然而光的波长也就是光的颜色，是由形成P-N结的材料所决定的。电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱还与电流有关。它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用。按发光管出光面特征分圆灯、方灯、矩形、面发光管、侧向管、表面安装用微型管等；圆形灯按直径分为2mm、4.4mm、5mm、8m

13、m、10mm及20mm等。国外通常把3mm的发光二极管记作T-1；把5mm的记作T-1（3/4）；把4.4mm的记作T-1（1/4）。由半值角大小可以估计圆形发光强度角分布情况。从发光强度角分布图来分有三类：（1）高指向性。一般为尖头环氧封装，或是带金属反射腔封装，且不加散射剂。半值角更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或与光检出器联用以组成自动检测系统。（2）标准型。（3）散射型。这是视角较大的指示灯，散射剂的量较大。按发光二极管的结构分有全环氧包封、金属底座环氧封装、陶瓷底座环氧封装及玻璃封装等结构。按发光强度和工作电流分有普通亮度的LED（发光强度100mcd）；把发光强度在mc

14、d间的叫高亮度发光二极管。一般LED的工作电流在十几mA至几十mA,而低电流LED的工作电流在2mA以下（亮度与普通发光管相同）。LED因其颜色不同,所以其化学成份不同。如：红色 ：铝-铟-镓-磷化物；绿色和蓝色: 铟-镓-氮化物。白色和其它色都是用RGB三基色按适当的10-100比例混合而得到的。LED 的制造过程有点类似于半导体,但加工的精度还不如半导体,目前成本仍然较高。它具有耗电省（电流只有20-30mA）；亮度高（发光强度可达上万个mcd）；体积小（直径最小可达1mm）；重量轻（一颗发光管仅重零点几克）；寿命长（10万小时）；外观优美等优点。 单个LED的发光强度以cd为单位，同时配

15、有视角参数，发光强度与LED的色彩没有关系。单管的发光强度从几个mcd到五千mcd不等。LED生产厂商所给出的发光强度指LED在20mA电流下点亮，最佳视角上及中心位置上发光强度最大的点，封装LED时顶部透镜的形状和LED芯片距顶部透镜的位置决定了LED视角和光强分布。一般来说相同的LED视角越大，最大发光强度越小，但在整个立体半球面上累计的光通量不变。当多个LED较紧密规则排放，其发光球面相互叠加，导致整个发光平面发光强度分布比较均匀。在计算显示屏发光强度时，需根据LED视角和LED的排放密度，将厂商提供的最大点发光强度值乘以30%-90%不等，作为单管平均发光强度。一般LED的发光寿命很长

16、，生产厂家一般都标明为100000小时以上，实际还应注意LED的亮度衰减周期，如大部分用于汽车尾灯的UR红管点亮十几至几十小时后，亮度就只有原来的一半了。亮度衰减周期与LED生产的材料工艺有很大关系，一般在经济条件许可的情况下应选用亮度衰减较缓慢的四元素LED。白色是红绿蓝三色按亮度比例混合而成，当光线中绿色的亮度为69%,红色的亮度为21%,蓝色的亮度为10%时，混色后人眼感觉到的是纯白色。但LED红绿蓝三色的色品坐标因工艺过程等原因无法达到全色谱的效果，而控制原色包括有偏差的原色的亮度得到白色光，称为配色。当为全彩色LED显示屏进行配色前，为了达到最佳亮度和最低的成本，应尽量选择三原色发光

17、强度成大致为3:6:1比例的LED器件组成像素,白平衡要求三种原色在相同的调灰值下合成的仍旧为纯正的白色。1.2 LED灯的发展史 随着LED照明灯具的逐步发展，在亮化工程辅助等公共场合，LED渐渐替代了一些传统光源产品。2009年，LED开始在发达国家进入主照明普及。在电费较高，使用时间较长的商业应用场所，LED灯具迅速成为市场的新宠。作为LED照明灯具的用途，LED市场发展分几个阶段。 第一阶段，LED灯具实用新型阶段。市场对LED灯具产品有了一定的认可和接受，LED灯具的环保，体积小，高可靠性等其他特征逐渐凸显出来。由此而开发的一系列完全有别于传统光源应用的产品会大行其道,照明行业会出现

18、更大更广的一个发展空间。光源不再是仅仅起到照明作用，它的多变使得更贴切人们工作生活中的点点滴滴,个厂商拼的是设计应用优势。 第二阶段，LED灯具智能控制阶段。随着物联网等新技术的发展，LED作为半导体产业，也将搭上这趟高速列车，发挥出其高可控性特点。从家庭到办公楼，从道路到隧道，从汽车到步行，从辅助照明到主照明，具备智能控制的LED照明灯具系统将给人类带来更高等级的服务。LED灯具产业也将由做产品，到设计产品，到提供整体解决方案的历程。 第三阶段，LED灯具替代接受阶段。这一阶段指的是LED灯具在发展初期，主要体现出其光效高（能耗小），寿命长的特点。因为售价高，所以在这一阶段主要为商照市场。客

19、户有一个接受的过程，首先是使用习惯和外观上的过渡与接受，在与传统光源一致的使用情况下，LED灯具体现出的节电，长寿等特点使得市场容易接受它的相对高价,尤其是在商用场合,各厂商拼的是质量价格优势。1.3 与传统灯的差异目前，LED灯具与传统光源灯具就性能、评价和设计等方面都存在着很多不同地方。1. 在LED灯具性能评价方面。（1）色空间均匀度来评价。LED灯具的存在的不同观察角颜色差异。统光源单个发光体的特点不同，LED灯具使用的LED灯是多个发光体组成并且发光的，LED灯具中的发光体之间存在颜色差异性，需要使用色空间均匀度来评价LED灯具颜色的空间分布情况。（2）用使用寿命来评价LED灯具的耐

20、用性。传统光源使用寿命性能的测量和评价已经标准化，并且具有互换性，所以传统光源灯具的寿命可以通过替换损坏的光源、以及按10年寿命设计灯的控制装置来满足所要求，所以一般不会评价传统光源灯具的寿命。LED灯具的寿命与LED本身寿命、LED驱动器以及灯具提供给LED的环境等很多因素都有关，并且目前LED灯形式较多，除了带标准灯头的LED除外，其他LED灯都不具有互换性，这样对不同的LED灯具，其寿命只有通过相关的寿命评价才能最终确定。在评价LED灯具寿命时，不仅要声称光通维持寿命，而且还要声称失效率。传统照明灯具是用灯具得效率来评价，然而LED灯具使用的是光效评价。不像传统照明光源可单独进行光度得测

21、试，光度测量时也可以使用相对的方法，由于LED光源对温度极其敏感，不适宜将LED光源从灯具内分离出来单独测量，所以进行光度测量时应采用绝对法对灯具整体进行光度的测试。2.在LED灯具设计方面。（1）光学系统方面。灯具中的光学系统可谓是灯具的灵魂，根据选定光源特性设计符合具体照明要求的灯具光学系统。通常传统光源灯具的光学系统由光源、灯座、反射器和透光罩等各部分组成。但由于一些LED单元具有 2发光的光度特性，所以灯具的光度系统与传统光源灯也有很大的差出。具体表现特征如下所示：LED灯具光学系统一般是由LED芯片和透镜组成的LED阵列或LED模块，阵列有时排列在整齐的铝基板上，也可能是在突起的或者

22、是凹下的成型基板上，灯具制造商可根据照明的需求，将多个LED单元或数十个LED单元组合在铝基板上，而且应注意控制组合后LED单元光色的是否一致性，然后考核LED灯具的色空间均匀度。由于LED的光电特性对PN结温度的变化非常的敏感；封装树脂在高温和强光照射下也会快速得劣化；长期的光辐射会使荧光粉的光致转换率逐渐的下降，并会导致色坐标的偏移。（2）电气元配件方面。LED驱动电源既是构成LED灯具性能优劣的关键的因素，也是灯具选择或设计要件的因素之一。LED灯具电气设计应考虑到灯具使用LED特性和数量、灯具等的安装地点，和灯具在电网中的位置来考虑电气安全、恒流驱动、抗扰度或设计合适的LED的驱动电源

23、。由于LED是 2V3V 的低电压恒流源的驱动，所以不像普通的白炽灯泡可以直接连接到220V的交流市电上，必须要设计恒流电源和控制电路来驱动LED。此外，LED模组的电气连接也是LED灯具电气系统的组成部分，应该充分考虑到其安全性，应采用标准的充分绝缘、防触电保护等措施。（3）散热措施方面。与传统光源灯具一样，LED灯具当然也是会发热的，LED灯具的热来自LED光电转换中的能量损耗以及LED驱动电源等方面。与传统电光源发光原理不同，LED的发光是电致的发光，由于转换效率等问题，输出的大部分能量主要是以非辐射复合发生的点阵振动的形式转化成热能。而热量在LED内的传递的方式不是辐射而是传导。所以在

24、LED灯具散热设计中主要的目标是有效地将LED芯片的热量传导出去，并有效地控制LED灯具内LED的温度。对于LED灯具，除了LED是发热的元件外，LED灯具中的驱动器当然也是发热元件，为了保证具其有与LED光源协调的寿命，LED驱动器的热控制也是非常重要的，如果采用内装驱动电源，灯具应根据其内环境温度选择标有相应温度的驱动器。而当驱动器独立安装时，则应该根据安装地可能的环境温度来选择相对应的驱动器。（4）机械部件和结构方面。机械的作用是通过结构设计把灯具的光学系统和热系统的位置和相互关系最终确定来，使灯具能够在设定的环境中固定并安全的使用。传统灯具的机械系统由固定光源、反射器、灯的控制装置等各

25、部分部件的结构、软线的走线结构、密封结构、机械防护结构、灯具固定结构和灯具调节结构等部分构成，具体的说是由灯座或光源连接器、灯座安装支架、软线固定架、接线端子座、外壳、灯罩和灯具安装架等各部分组成。由于LED光源的特性，LED灯有封装、模组、LED光引擎、整体式LED 灯、非整体式LED灯等几种形式，除了最后两种形式可能具有与传统光源灯具类似内部结构以外，其他的LED灯不带有标准灯。1.4 LED灯具的结构特征 LED灯具中没有灯座，而是用连接件完成LED灯与灯具的各种连接，并采用其他的方式将LED灯固定到灯具的主体上。为了导出LED芯片产生的热，LED灯具有大量的散热片，灯具的体积和重量比传

26、统光源灯具大得多，灯具的安装结构也应作相应考虑，以保证安装的安全性和可靠性。同时散热片应设计成容易清洁的结构，否则，散热片的效率会很快的降低。另外LED灯具与传统灯最大的区别体现在它的功耗上：它的最大功耗才10瓦,长度1.2米,是普通光管40瓦的前身;其次的功耗是7.5瓦,长度0.9米,是普通光管30瓦的前身;最小的功耗是5瓦,长度0.6米,是普通光管20瓦的前身。外壳采用高级塑料精工制作而成、耐用、耐摔.内部采用世界最先进的高科技二极管芯片发光材料，使产品亮度达到一流要求，又采用与传统日光灯相反的降压技术与节能技术完美相结合,使功耗和温度降到最低，节能达到极限，它的问世将是世界照明史上又一次

27、重大的突破与变革，将讯速淘汰原来的白炽灯和传统日光灯。 点亮无延迟，响应时间更快，传统玻壳灯泡则有0.3秒的延迟，防止追尾更强的抗震性能发，光纯度高，无需灯罩滤光，光波长误差在10纳米以内。发光热量很小，对灯具材料的耐热性要求不是很高光束集中，更易于控制，且不需要用反射器聚光，有利于减小灯具的深度耗电量低，达到传统灯泡同等的发光亮度时，耗电量仅为传统灯泡的6%，省电。超长寿命，无灯丝结构不发热，正常使用在6年以上，控制电路不易氧化。高节能比：采用精准的二次配光技术，根据你的照明要求，选择不同配光方式，让每一丝光线打在一需要的地方。产品灵活：产品模组化科自由拆卸，根据不同需要选择功率范围。产品可

28、靠性高质量的LED芯片：全部采用进口优质芯片，主要来源于CKEE，PHILIPS，台湾晶元。无螺丝结合的散热系统，在稳定产品性能的同时，极大的保证产品寿命，产品寿命达50000小时。优质的部件材料：采用抗老化部件材料，以提升产品的整体寿命。2 LED筒灯的设计2.1 整体外观的设计 图2-1 整体外观设计图 随着大功率高亮度白光LED的发展，LED的应用已经从早年的指示、显示和室外景观装饰走向室内普通照明时代。目前，室内白光照明主要通过多颗13W的白光LED芯片组合成超大功率LED阵列来实现。在当前技术水平下，大功率LED工作过程中只有10%20%的电能转化为光能。例如，若LED输入功率为2.

29、5W，芯片面积为1mm1mm，按照80%的电能转化为热能，则有2W左右的电能转化成热量，其芯片热流密度达到了200W/ cm2。如此高的热流密度，如不采取有效的散热措施，会导致芯片温度升高，发光效率降低，以及波长漂移，显色指数下降等一系列后果，进而缩短LED的正常工作寿命。因此，对大功率LED灯具的散热优化具有重要的实际应用意义。所以对大功率LED灯具的散热分析与设计已成为LED灯具封装的关键技术之一由于LED灯具在工作时，各材料间会形成温度梯度，从而形成热应力和材料失配，此外，根据温度分布可以合理设置芯片排放位置、选择材料、优化各部件尺寸等。在此设计了12w大功率LED筒灯的封装结构。然后计

30、算分析了此灯具的温度场分布，并通过实验进行验证，在与实验结果吻合的基础上，结合各构件温度场分布与传热学理论，分析了LED散热的主要因素，并揭示出了一种新型实际可行的封装结构，最终制作出此种外观结构。优点：结构简单，外观较美，视觉效果较好，散热效果较优。2.2 驱动电路的设计2.2.1 传统LED驱动电路 图2-2 传统的电路 LED驱动电路除了要满足安全的要求以外，另外的基本功能应有两个方面，一个是尽可能保持恒流的特性，尤其是当电源电压发生5的变动时，则仍应能保持输出电流在10的范围内变动。第二是驱动电路自身应保持较低的功率损耗，这样才能够使LED的系统效率保持在很高的水平。传统的低效率电路：

31、图2-2所示是传统的电路。电阻R的存在是必须的，R上的有功损耗直接影响了系统的效率，当R分压较小时，R的压降占总输出电压的40，输出电路在R上的有功损耗已经占40，再加上变压器损耗，系统效率小于50。当电源电压在10的范围内变动时，流过LED的电流变化将25，LED上的功率变化将达到30。当R分压较大时，在电源电压在10的范围内变动时，虽说能使输出到LED的功率变化减少，但系统效率将更低。 工作原理：220V交流电源首先通过降压变压器降压，降到36V交流电，再到桥式整流电路整流经过电容进行滤波后，通过限流电阻来驱动12个LED稳定工作，这是电容滤波的单相不可控整流电路。空载时，R趋向于无穷大，

32、放电时间常数也为无穷大，输出电压=。重载时，R很小，电容放电很快，几乎失去贮能作用，随负载加重逐渐趋向于0.9，即趋向于接近电阻负载时的特性。通常再设计时根据负载的情况选择电容C值，使RCT，T为交流电源的周期，此时输出电压为1.2。这里二极管属性选为40V,1.5A,电容属性为1500uF,LED灯的额定电压为3.6V，额定电流为360mA,限流电阻的阻值为20欧姆，当选取以上规格的元器件时，通过每个LED灯的电流为350mA，每个LED灯的电压为3.0V,则每个LED灯的功率为1.05w,12个LED灯再串联起来，功率达到12w,符合12w大功率LED筒灯的要求。但这种电路的缺点是：此驱动

33、电路没有恒流源的控制，经过整流滤波后，得到的电压不稳定，造成LED灯的超载，导致输出的功率达不到理想的状态，达不到预期的效果。2.2.2 LED的改进驱动电路 图2-3 是在图2-2的基础上加了一个集成稳压元件MC7809，使输出端的电压基本稳定，不会因为电源电压的不稳定造成LED的超载。 图2-3 改进的电路但是此电路虽然保证了LED的基本恒定的输出，但效率还是很低的。因为MC7809和R1上的压降占很大比例，且输出的电压不能够驱动LED进行大功率输出，其效率仅为40左右。而且上述这类电路的应用，根据系统总的每瓦输出流明的大小来看，此筒灯是根本不能称为节能的照明产品的。为了能够达到LED既能

34、稳定工作，又能保持高的效率的状态，应采用低功耗的限流元件和输出大功率的电路来提高系统的效率。2.2.3 电容降压的LED驱动电路的简单介绍电容降压的工作原理并不是很复杂。它的工作原理就是利用电容在一定的交流信号频率下产生的容抗来限制最大工作电流。比如，在50Hz的工频条件下，一个1uF的电容所产生的容抗大约为3180欧姆。当220V的交流电压加在电容器的两端时，那么流过电容的最大电流大约为70mA。虽然流过电容的电流大约有70mA，但在电容器上并不产生功率损耗，应该说如果电容是一个理想电容，那么流过电容的电流可以称为是虚部电流，它所作的功率也为无功功率。根据电容器这个特点，我们如果在一个1uF

35、的电容器上再串联一个阻性元件，那么阻性元件两端所得到的电压以及它所产生的功率损耗完全取决于这个阻性元件的规格。例如，我们如果将一个110V/8W的灯泡与一个1uF的电容串联，在接到220V/50Hz的交流电压上，灯泡被点亮，发出正常的亮度而不会被烧毁。因为110V/8W的灯泡所需的电流8W/110V=72mA，而它与1uF电容所产生的限流特性很吻合。同样，例如：我们将5W/65V的灯泡与1uF电容串联接到220V/50Hz的交流电源上，灯泡同样能够被点亮，而不会被烧毁，因为5W/65V的灯泡的工作电流也大约为70mA。因此，电容降压实际上说白了就是利用容抗来限制电流。而电容器实际上起到一个限制

36、电流和动态分配电容器和负载两端电压的一个角色。采用电容降压电路是一种常见的小电流电源电路，由于其具有体积小成本低电流相对恒定等优点，也常应用于LED的驱动电路中。图2-4为一个实际的采用电容降压的LED驱动电路：请注意，大部分应用电路中没有连接压敏电阻或瞬变电压抑制晶体管，建议连接上，因压敏电阻或瞬变电压抑制晶体管能在电压突变瞬间( 如雷电大用电设备起动等 )有效地将突变电流泄放，从而保护二级关和其它晶体管，它们的响应时间一般在微毫秒级 。 图2-4 电容降压驱动电路 电阻R1为泄放电阻，其作用为：当正弦波在最大峰值时刻被切断时，电容C1上的残存电荷无法释放，会长久存在，在维修时如果人体接触到

37、C1的金属部分，有强烈的触电可能，而电阻R1的存在，能将残存的电荷泄放掉，从而保证人机安全。泄放电阻的阻值与电容的大小有关，一般电容的容量越大，残存的电荷就越多，泄放电阻就阻值就要选小些。D1-D4的作用是整流，其作用是将交流电整流为脉动直流电压。C2C3的作用为滤波，其作用是将整流后的脉动直流电压滤波成平稳直流电压压敏电阻( 或瞬变电压抑制晶体管 )的作用是将输入电源中瞬间的脉冲高压电压对地泄放掉，从而保护LED不被瞬间高压击穿。LED串联的数量视其正向导通电压( Vf )而定，在220V AC电路中，最多可以达到80个左右。组件选择：电容的耐压一般要求大于输入电源电压的峰值，在220V,5

38、0Hz的交流电路中时，可以选择耐压为400伏以上的涤纶电容或纸介质电容。D1-D4 可以选择IN4007。滤波电容C2C3的耐压根据负载电压而定，一般为负载电压的1.2倍，其电容容量视负载电流的大小而定。2.2.4 设计的驱动电路 图2-5采用的驱动电路图2-5是采用集成恒流源NUD4001的LED驱动电路，这一电路的显著特点是当电源电压在5的范围内变动时，输出波动1，可称为恒功率驱动电路，而且这一驱动 电路可在串联分压下工作，所以可保证在几乎恒功率输出的情况下，保持系统效率达70左右。这一驱动电路的输入电源可采用工频交流，但最好的是采用电子变压器进行前级变压，这样能保证谐波和电源端子干扰都符

39、合标准的要求。此驱动电路的原理与以上传统的驱动电路原理相同，但也是在其基础之上加了集成稳压元件NUD4001和额定电压为45V，额定电流为1.5A的二极管。不像MC7809，此成稳压元件损耗很小，该驱动电路既能保证LED电压的基本恒定的输出，又能满足12w大功率的输出，能够驱动12个LED灯的发光，能保持高的效率的状态。并且根据系统总的每瓦输出流明的大小来看，此12w LED筒灯能够被称为节能的照明产品。3 LED铝基板和散热器的设计3.1 铝基板的介绍 铝基覆铜板是顺应电子产品发展而诞生的,在1969年日本三洋公司首先发明了铝基覆铜板制造技术,到1974年开始应用于STK系列功率放大混合集成

40、电路。随后在应用领域和用量都不断扩大,尤其是世界发达国家其产量迅速增长。如日本铝基覆铜板产量1991年25亿日元,到1996年达到60亿日元,估计2001年将达到80亿日元。我国铝基覆铜板的研制开发由国营704厂始于1988年,于1990年完成通用型铝基覆铜板的厂级设计定型,建立国内第一条铝基覆铜板生产线并投产。经产品性能提升和产品系列化,到1996年完成部级设计定型。目前国营704厂有通用型、高导热型、高频型和高热型系列化铝基覆铜板。现产量达到5000-8000 /年,还在新建生产线,完成后预计总产量达1万/年。铝基覆铜板的结构和性能特点：铝基覆铜板是由铝板、环氧树脂或环氧玻璃布粘结片、铜箔

41、三者经热压而成。铝板厚度通常是0.8mm -3.0mm,按用途不同选择。铝基覆铜板具有优良的热耗散性、尺寸稳定性、电磁屏蔽性和机械强度等。根据结构差异和性能特征, 铝基覆铜板分为三类:（1）通用型铝基覆铜板,其绝缘层由环氧玻璃布粘结片构成。（2）高散热铝基覆铜板,其绝缘层由高导热的环氧树脂或其它树脂构成。（3）高频电路用铝基覆铜板,其绝缘层由聚烯烃树脂或聚酰亚胺树脂玻璃布粘结片构成。 铝基覆铜板与常规FR-4覆铜板最大差异在于散热性，铝基覆铜板的技术要求与检验方法：到目前为止,尚未见国际上有铝基覆铜板标准。我国由704厂负责起草了电子行业军用标准阻燃型铝基覆铜层压板规范。主要技术要求有：尺寸要

42、求,包括板面尺寸和偏差、厚度及偏差、垂直度和翘曲度；外观,包括裂纹、划痕、毛刺和分层、铅氧化膜等要求；性能方面,包括剥离强度,表面电阻率,最小击穿电压,介电常数,燃烧性和热阻等要求。在上述规范中制定了两项铝基覆铜板的专用检测方法。 其一是介电常数及介质损耗因数测量方法,为变Q值串联谐振法,将试样与调谐电容串联接入高频电路,测量串联回路的Q值的原理。其二是热阻测量方法,以不同测温点之间温差与导热量之比来计算。铝基覆铜板的应用领域有：工业电源设备,如大功率晶体管、固态继电器、脉冲电机驱动器等； 汽车,如点火器、电源控制器、交流变换器等；电源,如稳压器和开关调节器； 磁带录像机和声频设备,如电机驱动

43、器、信号分离器、放大器等；办公自动化设备,如打印机驱动器、大显示器基板、热打印头； 计算机,如CPU板、电源装置； 其它还有半导体绝缘导热板,电阻器阵列,热接收器和日光电池基板等。3.2 LED铝基板的分析 LED铝基板也就是PCB，也是印刷线路板的意思，但只是线路板所用的材料是铝合金，以前我们一般的线路板的材料主要是玻纤，但因为LED发热较大，所以LED灯具用的线路板一般主要是铝基板，因为导热比较快，其他设备或电器类用的线路板但还是玻纤板。铝基板是一种能够拥有良好散热功能的金属基覆铜板，一般的单面板主要由三层结构所组成，分别是绝缘层、电路层和金属基层。用于高端使用时的也有设计为双面板，结构为

44、电路层、绝缘层、绝缘层、电路层。但很少数应用的是多层板，其可以由普通的多层板与绝缘层贴合而形成。铝基板是由电路层、导热绝缘层和金属基层三个组成。电路层要求要具有很大的载流能力，所以要使用较厚的铜箔，厚度一般37um-280um；导热绝缘层是PCB铝基板核心技术之中心，它一般是由各种陶瓷填充的特殊的聚合物构成的，热阻比较小，粘弹性能较优良，具有抗热抗老化的能力，也能够承受机械及各种热应力。LED-0601、IMS-H01、IMS-H02等高性能PCB铝基板的导热绝缘层也正是由于使用了这种技术，才使其具有极为优良的导热性能和高强度的电气绝缘性能；然而金属基层是铝基板的主要支撑构件，要求其具有高导热

45、性，一般是铝板，当然也可是用铜板（因为铜板是能够提供更好的导热性），适合于钻孔、冲剪及切割等各种规格的机械加工。工艺要求有：镀金、喷锡、抗氧化、无铅制作过程等。 图3-1 铝基板 铝基板产品的特征：绝缘层较薄，热阻很小；无磁性；散热良好；机械强度很高产品的标准厚度：0.8、1.0、1.2、2.0、2.5、3.0mm ；铜箔的厚度：1.8um 35um 70um 140um特点：具有散热性、电磁屏蔽性，机械强度较高，加工性能很优良。用途：LED主要专用与功率混合驱动电路。铝基板是承载LED及器件热传导，散热还主要是取决于面积的大小，集中导热当然也可以选择较高导热系数的材料。虽然价格相差较大，但LED使用的电压不是很高，在选择1mil厚度时绝缘层耐压大于2000V即可。 LED线路得设计是为了更好的解决散热的问题，LED和有些大功率驱动电路需要用到铝基线路板。元器件表面贴装在电路层，器件运行时所产生的热量通过绝缘层快速传导到金属基层，然后由金属基层将热量传递出去，从而实现对器件的散热。3.3 热分析高温对产品的影响：元器件遭到损坏；绝缘性能会退化；材料的热老化；低熔点的焊缝开裂、焊点的脱落的等。阻值精度，稳定性，电感量等参数高低温变化都很大，具体产品都有指标，比如电阻有PPM标志，即每升高一