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LED相关问题及解决方案

   
    发布日期：2011-04-04         
阅读：107     
 
 
(一)LED三基色（红、绿、蓝）

　　(二)LED产生光的原理：原子以500万次/秒进行激烈的跳动，13%的能量产生了光，由于强烈跳动摩擦产了87%的热。

　　(三)LED光源的构造：大功率支架+点银胶（固晶工艺）+贴晶片+烘烤银胶+焊金线+点荧光粉+盖PC透镜+注硅胶+烘烤硅胶

　　【晶片发热的最好状态为45℃——55℃。市面上一般为银胶固晶工艺，胶热膨胀且胶阻热较大，不能很好地给支架的铜柱传热；而我司主要的产品特色为银锡共晶工艺，其优点主要有：银锡的传热效果要比银胶好，与晶片镶嵌起来比银胶稳固】

　　(四)硅胶在达到125℃后将会由固态转变橡胶态，由于具备了橡胶的特性，因为会产生弹性，也就是说由于高温会出现硅胶膨胀现象。由于膨胀会把金线给拉断。（金线的直径一般为0.8mm、1.0mm、1.2mm，由于金线非常细小，在胶硅膨账的时候其极容易断。）

　　(五)散热分析

　　LED的最好发光状态为350mA_3.1V。LED的最长寿命为10万-20万个小时，但现阶段LED的一般寿命只1-3万个小时左右，LED光衰30%为LED的寿命值。其中LED死亡快的最主要的原因就是由于产生的80%以上的热，导致了一系列的化学反应与物理反应。那么如何解决这由于原子激烈跳动所产生87%的热，从而提高LED的寿命及可靠性长久而稳定呢？

　　【玻璃透】

　　(1)传统PC透镜，当温度长时间在高温作用下，PC透镜将逐渐黄变，慢慢开始萎缩与硅胶分层，光的折射及透光率下降，流明下降，最后造成死灯；晶片会产生微缺陷，使杂质侵入到发光区，造成变质发黑，加快了LED的光衰，使Led的寿命变短了。

　　(2)我司所生产的有机玻璃透镜，适用回流焊制流程，高导光性，辐射红外热量，防紫外线，降低芯片结晶温度24%。与硅胶粘合无分层现象，硅胶与有机玻璃的贴合性更强。

　　(3)由于传统的PC透镜是多晶体的聚合物，因此透光率84-85%，无法透射红外。而我司的有机玻璃透镜是单晶体的化合物，通过打火机点烧有机玻璃透镜，可以清楚地看到我司的有机玻璃为网状结构的单晶体，LED所产生的红外可通过网状结构的有序排列分子键透射出来，因玻璃透镜属于单晶，硅胶也属单晶，所以能紧密地连接在一起，具有很好的连贯性，通过网状结构传导红外等众多优点。

　　【LED光引擎——石墨散热器】

　　（1） 热的传递方式有三种：传导、对流、辐射

　　（2） 铜的热传递方式主要起传导的作用；铝的热传递方式为对流，要借助介质进行对流，一般与空气中的水分子（风）作用，把热量给带走；石墨的热传递方式为辐射，石墨随着温度的升高，在分子间的作用力之下，就像自然打开窗户一样，温度越高，石墨辐射热量的能力就越强。

　　（3） 低热阻：热阻比铝低40%，比铜低20%

　　（4） 重量轻：重量比铝轻25%，比铜轻75%

　　（5） 作为铝基板：首先，铝基板既要导电，又要散热，又要绝缘那本来就是自相矛盾的；其次，铝基板必须在热叠加到一定程度的情况下，冲破绝缘层，才能起到热导的效果，因此，热量在没有冲破绝缘层，在热叠加的时候会对晶片起到一度程度的热冲击。而我司的石墨散热器是这样的，芯片一经通电，第一时间把所产生的热量传导给铜柱，铜柱接下来第一时间把热量传导给石墨，由石墨本身特有的分子排布，把热量辐射出去，最终形成一个电热分离的良好效果。石墨的热通道快而直接，因此导热方法合理有效。电热分离好处;铝基板供电，铜柱供热。（传统做法：铜柱底部热量与电同在铝基板上，热量大了热阻加大，热阻上了电阻大了，电阻大了电压、电流下降，下降了光通量降下来了。）

　　石墨代替铝基板散热的LED路灯解决方案

　　本方案包含LED恒流驱动电源，电路采用单串或并联方式连接，电源效率高达93%以上，功率因素90%以上，与其它方案比较该方案效率更高、成本更低。散热部分，本方案采用新型的导热材料取代传统的铝基板，大幅度提高产品的散热效果，降低光衰、确保LED灯具更加稳定。同时本方案还提供灯具呼吸系统，保证灯具内外气体自由交换。光源部分我们能提供光效60--100LM/W，色温：2800-7000K范围的全系列产品，产品广泛应用于路灯、隧道灯、射灯、筒灯、手电筒等。

　　方案介绍：

　　一、LED Driver：NXP、Richtek、Infineon、Microchip

　　A、LED路灯解决方案（智能方案）：NXP+MICROCHIP

　　目前已经使用TEA1750(NXP)+DSPIC30F2020(Microchip)用来实现多路LED路灯、隧道灯驱动方案。全智能控制多路LED路灯解决方案，可根据周围环境需要，自动控制光照亮度，每路可单独控制调光。可以实现温度传感、Usart通信、日光感应调光、按键输入等功能。

　　调光的原理是通过调节PWM占空比调节输出电流大小，全软件实现无级调光。该方案能确保每路电流均衡，只需一颗IC，与同类多路恒流方案比较，成本更低。

　　B、LED路灯解决方案（一级转换）：Infineon+NXP

　　采用IFXIC实现单极PFC方案，驱动单串LED。相比其它方案比较，该方案电源转换效率更高，整体成本更便宜。同时为保证单串LED电路稳定性，提供LED保护电路，当单颗或多颗LED灯损坏时（断路），其它LED灯不受影响，最大程度的减小了坏灯对整体电路的影响。

　　C、LED路灯解决方案（二级转换）：RICHTECK

　　我们采用NXPIC实现AC-DC的恒压转换，二级转换采用RICHTECK恒流IC实现恒流0.35A-1.5A输出。该方案能输出60V高压，1.5A大电流，整体成本更便宜。同时RT8450具备两种调光方式，满足多种调光需求。1、通过调整LED中流过的电流大小来调整光输出量。其优点是：输出是稳定的，遇到EMI问题的几率较低。其缺点是：当LED中流过的电流不同时，其光输出的色度会发生变化。2、通过调整LED中流过恒定电流的时间比例来调整光输出量。其优缺点和方法1刚好相反。

　　二、LED散热方案（石墨材料）

　　我们使用石墨材料取代传统的铝基板散热，该材料导热系数是铝板的两倍，不同于铜、铝等金属球体导热方式，采用水平导热方式，有效的保证产品均热性。

　　三、呼吸系统

　　LED路灯、隧道灯产品要求达到IP65等级（防水、防尘），全封闭的环境，使灯具内部无法与外部环境进行气体交换。当LED灯具长时间工作而导致灯具内部温度升高压力增大，与外部空气产生压力差，增加灯具内壁压力，加速灯具老化。我们采用特制的呼吸系统，能完全解决灯具内外压力不平衡问题，进一步提高了灯具的稳定性。

　　该方案能过滤水分子和灰尘进入灯具，让空气分子在灯具内部和外部环境自由流动。

　　总结

　　文章首先通过三个LED驱动方案来选择路灯驱动系统，包括LED驱动芯片的选择，调光应用方法。使用石墨材料取代传统的铝基板散热的方法是一种发展趋势，也是未来LED灯具设计的重要参考。
 

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