小体积LED调光电源用电感研制

刘少群

1.引言

LED作为一第四代照明光源，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光，LED发光具有显著的节能和寿命优势。随着社会的发展，日常生活中的照明能耗问题日益突出，因此，具有显著节能优势的LED灯具越来越受人们的青睐。可调光作为LED灯具的一个必要及关键性能要求，是广大消费者普遍看重的，而LED调光灯具中，LED调光电源，对调光LED产品优势发挥起了根本决定作用。

传统的功率型电子变压器、电感器虽然在电子管、分立式晶体管时代起过重要作用，而在今天模块化电子设备中，因体积过大而无法应用，如何研制出小型平面电子变压器、电感器是目前设计人员关注的热点。

LED调光电源中，电感作用必不可少，电感磁芯是电源的主要发热元件，因此LED调光电源，尤其是小体积LED调光电源的散热性能，决定了调光电源性能及寿命，因此本文就小体积LED调光电源的良好散热问题进行深入研究。

2.新型小体积LED调光电源研制

（一）常规LED调光电源散热分析

LED调光电源必定少不了电感的作用，PWM调光也好，可控硅调光也好，都采用电感和/或变压器，这两者都属于发热较为厉害的元件。因为LED调光电源趋于小型化，通常在小于或等于18×15×50mm的体积内，输出功率高达11W，因此，调光电源的散热问题主要来源于电感磁芯在电流作用下的发热。

常规用的技术方案都是通常使用EEl4的磁芯制作输出电感，而进一步成本减控和综合效率提升的需要，要求电源驱动技术人员必须往使用更小尺寸的EE10磁芯，这就驱使人们深入研究LED电源的主要发热源电感和/或变压器的散热路径、热阻等本质影响因素，因此下面我们就深入探究这些影响因素。

传统电感因安装支架与底板接触面积不足整体面积的1%，且又未采取任何措施，故都没有将底板纳入帮助散热的范围。而平面变压器与底板良好接触面积可达25%左右，这就大大改善了散热条件。

在使用EE10的小體积磁芯来制作输出电感。在高功率输出情况下，输出电感损耗也不小，导致磁芯发热严重，温升很高。现有的常规电感的结构及安装示意图见图1。从图1可知，电感由电感磁芯和绝缘电感线包构成，普通常规方式，电感安装在PCB板上时，通过引线针脚进行架空处理，即电感磁芯安装在引线针脚支架上端，针脚穿过PCB板与另一侧的PCB板的导电线路进行电连接，热电隔离。这样从图中可知，电感线包和PCB板有一定的间隙，这样一来，电感产生的热量只能通过空气来导热散热，这样的散热方式，散热效果不理想，这也是现有的LED调光电源使用中，电源尤其是电感温升高，也容易引起热老化，严重的可以烧坏电源，导致电源寿命短，使用性价比不高。

（二）印刷散热铜层的新型小体积LED调光电源设计

上面的常规电感结构及散热分析可知，电感温升高是因为电感产生的大量热量只能通过空气散热，这样的散热途径及热阻都不利于热量快速散发出去。因此，我们进行了如图2所示的新型电感散热结构及安装方式。为了解决电感散热问题，结构设计时，我们在电感外层增加了一定厚度的导热铜皮。另外，在PCB设计中，专门在PCB上层增加印刷一块大面积散热用低温固化覆铜。元件安装时，电感上的铜皮和线路板上大面积覆铜刚好连接在一起。这样，就使电感的散热面积大大增加，从而很好的降低了电感的温升。

由图2可知，我们的新型电感，由电感磁芯、绝缘电感线包和散热专用铜皮构成。PCB上层印刷有专用散热覆铜层，电感安装时，散热专用铜片紧紧贴PCB上的印刷散热铜层，这样导热良好接触，散热通道畅通，热阻小，能快速有效地将电感的热量散出去。

我们的印刷用低温固化铜浆通过丝网印刷在PCB板上，印刷厚度只需几百微米，接着只需通过干燥温度为60℃-80℃热风筒或快速干燥炉进行不到1分钟的热处理，铜浆就能固化为导热铜层，与其紧密良好热接触的散热铜片，LED调光电源使用过程中电感产生的热量就能快速通过散热铜片一印刷散热铜层快速通道快速有效地散热出去，电感温升能得到较好控制。

（三）电感温升性能对比测试

把研制得到的印刷散热铜层的小体积LED调光电源用电感，与制成小体积LED调光电源，与其他相同的条件制得的常规电感的小体积LED调光电源，安装相同的LED灯具，进行电感温升的对比测试，结果是，使用新型散热结构的印刷散热铜层的小体积LED调光电源电感的调光电源的电感温升，相比较常规散热结构LED调光电源的电感温升，温升降低20℃以上，温升降低最高数值是32.6℃，最低温升降低为22.4℃。从测试结果可清楚知道，我们研制的新型的印刷散热铜片电感的散热结构，这样的散热结构电感可以让磁芯始终工作于最佳状态，效率自然得到提高。

3.小结

文章通过研制得到新型的印刷散热铜层的小体积LED调光电源用电感，该新型散热结构电感，能将LED调光电源的电感热量有效散出去，有效温升降低20℃以上，从而保证小体积LED调光电源，整体热量得到快速高效散出去，电源温升得到较好控制，小体积LED调光电源能始终工作在最佳状态，电源效率得到有效提高。