小體積LED調(diào)光電源用電感研制

劉少群

1.引言

LED作為一第四代照明光源，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光，LED發(fā)光具有顯著的節(jié)能和壽命優(yōu)勢(shì)。隨著社會(huì)的發(fā)展，日常生活中的照明能耗問(wèn)題日益突出，因此，具有顯著節(jié)能優(yōu)勢(shì)的LED燈具越來(lái)越受人們的青睞。可調(diào)光作為L(zhǎng)ED燈具的一個(gè)必要及關(guān)鍵性能要求，是廣大消費(fèi)者普遍看重的，而LED調(diào)光燈具中，LED調(diào)光電源，對(duì)調(diào)光LED產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)發(fā)揮起了根本決定作用。

傳統(tǒng)的功率型電子變壓器、電感器雖然在電子管、分立式晶體管時(shí)代起過(guò)重要作用，而在今天模塊化電子設(shè)備中，因體積過(guò)大而無(wú)法應(yīng)用，如何研制出小型平面電子變壓器、電感器是目前設(shè)計(jì)人員關(guān)注的熱點(diǎn)。

LED調(diào)光電源中，電感作用必不可少，電感磁芯是電源的主要發(fā)熱元件，因此LED調(diào)光電源，尤其是小體積LED調(diào)光電源的散熱性能，決定了調(diào)光電源性能及壽命，因此本文就小體積LED調(diào)光電源的良好散熱問(wèn)題進(jìn)行深入研究。

2.新型小體積LED調(diào)光電源研制

（一）常規(guī)LED調(diào)光電源散熱分析

LED調(diào)光電源必定少不了電感的作用，PWM調(diào)光也好，可控硅調(diào)光也好，都采用電感和/或變壓器，這兩者都屬于發(fā)熱較為厲害的元件。因?yàn)長(zhǎng)ED調(diào)光電源趨于小型化，通常在小于或等于18×15×50mm的體積內(nèi)，輸出功率高達(dá)11W，因此，調(diào)光電源的散熱問(wèn)題主要來(lái)源于電感磁芯在電流作用下的發(fā)熱。

常規(guī)用的技術(shù)方案都是通常使用EEl4的磁芯制作輸出電感，而進(jìn)一步成本減控和綜合效率提升的需要，要求電源驅(qū)動(dòng)技術(shù)人員必須往使用更小尺寸的EE10磁芯，這就驅(qū)使人們深入研究LED電源的主要發(fā)熱源電感和/或變壓器的散熱路徑、熱阻等本質(zhì)影響因素，因此下面我們就深入探究這些影響因素。

傳統(tǒng)電感因安裝支架與底板接觸面積不足整體面積的1%，且又未采取任何措施，故都沒(méi)有將底板納入幫助散熱的范圍。而平面變壓器與底板良好接觸面積可達(dá)25%左右，這就大大改善了散熱條件。

在使用EE10的小體積磁芯來(lái)制作輸出電感。在高功率輸出情況下，輸出電感損耗也不小，導(dǎo)致磁芯發(fā)熱嚴(yán)重，溫升很高?，F(xiàn)有的常規(guī)電感的結(jié)構(gòu)及安裝示意圖見(jiàn)圖1。從圖1可知，電感由電感磁芯和絕緣電感線(xiàn)包構(gòu)成，普通常規(guī)方式，電感安裝在PCB板上時(shí)，通過(guò)引線(xiàn)針腳進(jìn)行架空處理，即電感磁芯安裝在引線(xiàn)針腳支架上端，針腳穿過(guò)PCB板與另一側(cè)的PCB板的導(dǎo)電線(xiàn)路進(jìn)行電連接，熱電隔離。這樣從圖中可知，電感線(xiàn)包和PCB板有一定的間隙，這樣一來(lái)，電感產(chǎn)生的熱量只能通過(guò)空氣來(lái)導(dǎo)熱散熱，這樣的散熱方式，散熱效果不理想，這也是現(xiàn)有的LED調(diào)光電源使用中，電源尤其是電感溫升高，也容易引起熱老化，嚴(yán)重的可以燒壞電源，導(dǎo)致電源壽命短，使用性?xún)r(jià)比不高。

（二）印刷散熱銅層的新型小體積LED調(diào)光電源設(shè)計(jì)

上面的常規(guī)電感結(jié)構(gòu)及散熱分析可知，電感溫升高是因?yàn)殡姼挟a(chǎn)生的大量熱量只能通過(guò)空氣散熱，這樣的散熱途徑及熱阻都不利于熱量快速散發(fā)出去。因此，我們進(jìn)行了如圖2所示的新型電感散熱結(jié)構(gòu)及安裝方式。為了解決電感散熱問(wèn)題，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，我們?cè)陔姼型鈱釉黾恿艘欢ê穸鹊膶?dǎo)熱銅皮。另外，在PCB設(shè)計(jì)中，專(zhuān)門(mén)在PCB上層增加印刷一塊大面積散熱用低溫固化覆銅。元件安裝時(shí)，電感上的銅皮和線(xiàn)路板上大面積覆銅剛好連接在一起。這樣，就使電感的散熱面積大大增加，從而很好的降低了電感的溫升。

由圖2可知，我們的新型電感，由電感磁芯、絕緣電感線(xiàn)包和散熱專(zhuān)用銅皮構(gòu)成。PCB上層印刷有專(zhuān)用散熱覆銅層，電感安裝時(shí)，散熱專(zhuān)用銅片緊緊貼PCB上的印刷散熱銅層，這樣導(dǎo)熱良好接觸，散熱通道暢通，熱阻小，能快速有效地將電感的熱量散出去。

我們的印刷用低溫固化銅漿通過(guò)絲網(wǎng)印刷在PCB板上，印刷厚度只需幾百微米，接著只需通過(guò)干燥溫度為60℃-80℃熱風(fēng)筒或快速干燥爐進(jìn)行不到1分鐘的熱處理，銅漿就能固化為導(dǎo)熱銅層，與其緊密良好熱接觸的散熱銅片，LED調(diào)光電源使用過(guò)程中電感產(chǎn)生的熱量就能快速通過(guò)散熱銅片一印刷散熱銅層快速通道快速有效地散熱出去，電感溫升能得到較好控制。

（三）電感溫升性能對(duì)比測(cè)試

把研制得到的印刷散熱銅層的小體積LED調(diào)光電源用電感，與制成小體積LED調(diào)光電源，與其他相同的條件制得的常規(guī)電感的小體積LED調(diào)光電源，安裝相同的LED燈具，進(jìn)行電感溫升的對(duì)比測(cè)試，結(jié)果是，使用新型散熱結(jié)構(gòu)的印刷散熱銅層的小體積LED調(diào)光電源電感的調(diào)光電源的電感溫升，相比較常規(guī)散熱結(jié)構(gòu)LED調(diào)光電源的電感溫升，溫升降低20℃以上，溫升降低最高數(shù)值是32.6℃，最低溫升降低為22.4℃。從測(cè)試結(jié)果可清楚知道，我們研制的新型的印刷散熱銅片電感的散熱結(jié)構(gòu)，這樣的散熱結(jié)構(gòu)電感可以讓磁芯始終工作于最佳狀態(tài)，效率自然得到提高。

3.小結(jié)

文章通過(guò)研制得到新型的印刷散熱銅層的小體積LED調(diào)光電源用電感，該新型散熱結(jié)構(gòu)電感，能將LED調(diào)光電源的電感熱量有效散出去，有效溫升降低20℃以上，從而保證小體積LED調(diào)光電源，整體熱量得到快速高效散出去，電源溫升得到較好控制，小體積LED調(diào)光電源能始終工作在最佳狀態(tài)，電源效率得到有效提高。