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。隨著社會的發(fā)展，日常生活中的照明能耗問題日益突出，因此，具有顯著節(jié)能優(yōu)勢的LED燈具越來越受人們的青睞。可調(diào)光作為LED燈具的一個必要及關(guān)鍵性能要求，是廣大消費者普遍看重的，而LED調(diào)光燈具中，LED調(diào)光電源，對調(diào)光LED產(chǎn)品優(yōu)勢發(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、分立式晶體管時代起過重要作用，而在今天模塊化電子設(shè)備中，因體積過大而無法應(yīng)用，如何研制出小型平面電子變壓器、電感器是目前設(shè)計人員關(guān)注的熱點。

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題進行深入研究。

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。因為LED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11W，因此，調(diào)光電源的散熱問題主要來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，而進一步成本減控和綜合效率提升的需要，要求電源驅(qū)動技術(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)熱嚴重，溫升很高。現(xiàn)有的常規(guī)電感的結(jié)構(gòu)及安裝示意圖見圖1。從圖1可知，電感由電感磁芯和絕緣電感線包構(gòu)成，普通常規(guī)方式，電感安裝在PCB板上時，通過引線針腳進行架空處理，即電感磁芯安裝在引線針腳支架上端，針腳穿過PCB板與另一側(cè)的PCB板的導(dǎo)電線路進行電連接，熱電隔離。這樣從圖中可知，電感線包和PCB板有一定的間隙，這樣一來，電感產(chǎn)生的熱量只能通過空氣來導(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，嚴重的可以燒壞電源，導(dǎo)致電源壽命短，使用性價比不高。

（二）印刷散熱銅層的新型小體積LED調(diào)光電源設(shè)計

上面的常規(guī)電感結(jié)構(gòu)及散熱分析可知，電感溫升高是因為電感產(chǎn)生的大量熱量只能通過空氣散熱，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題，結(jié)構(gòu)設(shè)計時，我們在電感外層增加了一定厚度的導(dǎo)熱銅皮。另外，在PCB設(shè)計中，專門在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，電感上的銅皮和線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、絕緣電感線包和散熱專用銅皮構(gòu)成。PCB上層印刷有專用散熱覆銅層，電感安裝時，散熱專用銅片緊緊貼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，接著只需通過干燥溫度為60℃-80℃熱風筒或快速干燥爐進行不到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)光電源使用過程中電感產(chǎn)生的熱量就能快速通過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）電感溫升性能對比測試

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，進行電感溫升的對比測試，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。