LED照明工程实用技术——驱动电路设计 PCB设计 可靠性设计 周志敏著 97871212 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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周志敏著 著

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出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121277979

商品编码：29498695262

包装：精装

出版时间：2016-01-01

基本信息

书名：LED照明工程实用技术——驱动电路设计 PCB设计 可靠性设计

定价：48.00元

作者：周志敏著

出版社：电子工业出版社

出版日期：2016-01-01

ISBN：9787121277979

字数：

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版次：1

装帧：精装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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本书结合外LED照明技术的应用及发展，以LED照明工程实用技术为本书的核心内容，全面系统地阐述了LED照明工程的*应用技术。

内容提要

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本书结合外LED照明技术的应用及发展，以LED照明工程实用技术为本书的核心内容，全面系统地阐述了LED照明工程的*应用技术。全书分为LED驱动电路设计、LED驱动电路PCB设计、LED驱动电路可靠性设计三部分，系统地阐述了LED驱动电路设计要点、开关电源驱动LED电路设计要点、LED驱动电路PCB设计要点、LED驱动电路PCB热设计、LED驱动电路浪涌抑制技术、LED驱动电路热管理、LED灯具热设计等内容。本书题材新颖实用，内容丰富，深入浅出，文字通俗，具有很高的实用价值。 �オお�

目录

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部分LED驱动电路设计章LED驱动电路设计要点1��1LED芯片及模组选用要点1��1��1LED芯片选用要点1��1��2LED模组选用要点1��2LED串联、并联电路设计要点及特性分析1��2��1LED串联电路设计要点1��2��2LED并联电路设计要点1��2��3LED混联电路设计要点1��2��4LED串联、并联电路特性分析1��2��5LED串联、并联电路特性比较第2章开关电源驱动LED电路设计要点2��1AC/DC驱动LED前端电路设计要点2��1��1AC/DC驱动LED前端滤波电路设计要点2��1��2AC/DC驱动LED前端整流电路设计要点2��1��3AC/DC驱动LED前端功率因数校正电路设计要点2��2典型LED驱动电路设计要点2��2��1基于PT4107的LED驱动电路设计要点2��2��2具有功率因数校正的LED驱动电路设计要点2��2��3基于NCP1014的LED驱动电路设计要点2��2��4基于PRM和VTM的恒定电流驱动LED电路设计要点第二部分LED驱动电路PCB设计第3章LED驱动电路PCB设计要点3��1PCB功能及分类3��1��1PCB功能与特点3��1��2PCB分类3��2PCB设计流程及布局布线设计3��2��1PCB设计流程3��2��2PCB布局设计3��2��3PCB布线设计3��3PCB互连设计及焊盘3��3��1PCB互连设计3��3��2PCB焊盘3��4PCB可靠性设计3��4��1地线设计3��4��2PCB抗干扰设计3��4��3PCB EMC辅助设计（软件方法）第4章LED驱动电路PCB热设计4��1热设计术语及热传递方式4��1��1热设计术语4��1��2热传递方式4��2LED驱动电路PCB热设计要点4��2��1LED驱动电路PCB热设计的相关知识4��2��2LED驱动电路PCB热设计的基本要求4��2��3LED驱动电路PCB热设计的注意事项4��2��4LED驱动电路PCB温升及热设计的具体方法4��2��5表面贴装元器件热设计第三部分LED驱动电路可靠性设计第5章LED驱动电路浪涌抑制技术5��1浪涌产生及分类5��1��1浪涌产生及危害5��1��2浪涌分类5��2浪涌干扰抑制器件5��2��1TVS瞬态干扰抑制器5��2��2氧化物压敏电阻5��2��3放电管5��2��4各种浪涌干扰抑制器件性能比较5��3LED驱动电路浪涌抑制电路设计要点5��3��1供电系统组合浪涌保护5��3��2LED驱动电路浪涌抑制解决方案第6章LED驱动电路热管理6��1LED热设计及热管理基础6��1��1LED热设计6��1��2LED热管理基础6��2LED结温6��2��1LED结温产生原因及结温热分析6��2��2LED结温对性能的影响6��2��3降低LED结温的途径6��3LED驱动电路散热控制方案6��3��1LED驱动电路温度补偿原理6��3��2LED驱动电路热保护第7章LED灯具热设计7��1LED灯具热特性及设计程序7��1��1LED灯具热特性7��1��2LED灯具设计程序7��2LED灯具散热器7��2��1大功率LED散热器7��2��2LED灯具散热器设计要点7��3LED路灯热设计7��3��1LED路灯热设计要素7��3��2LED路灯热衬散热结构7��3��3LED路灯设计要点

作者介绍

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山东莱芜钢铁厂总工程师，机电一体化专家

文摘

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序言

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聚焦LED照明创新与实践：一本深入探索驱动与系统设计的专业参考 在日新月异的LED照明领域，技术的进步不仅体现在光源本身的效率提升和色彩表现优化，更在于其背后精密的驱动电路设计、高效可靠的PCB布局以及贯穿始终的质量保障体系。本书旨在为广大LED照明工程技术人员、产品研发者、PCB设计工程师以及对LED照明系统感兴趣的学习者，提供一套系统、深入且实用的技术指南。本书的独特之处在于，它跳出了单纯的光源介绍，而是将视角聚焦于LED照明系统的“心脏”——驱动电路，并将其与“骨骼”——PCB设计以及“免疫系统”——可靠性设计紧密结合，从工程实践的角度，全面解析LED照明产品从概念到落地的关键技术环节。 一、驱动电路设计：点亮LED的智慧之“芯” 驱动电路是LED照明系统的核心，其设计的好坏直接决定了LED的光效、寿命、稳定性以及用户体验。本书的驱动电路设计部分，将带领读者深入理解LED的电学特性，并在此基础上，系统介绍各类主流的LED驱动方案。 LED基本电学特性解析： 在深入探讨驱动技术之前，本书将首先梳理LED作为半导体 PN 结器件的基本工作原理，包括其正向导通电压 (Vf)、最大正向电流 (If)、漏电流等关键参数。特别会强调 Vf 随温度、电流变化的非线性特征，这是驱动电路设计中必须充分考虑的因素，因为它直接影响到恒流控制的难度和精度。此外，对LED的光电转换效率、色温、显色指数 (CRI) 等影响照明质量的重要参数，也会进行详细的阐述，为后续的驱动设计提供理论基础。 主流驱动拓扑详解： 本书将覆盖目前市场上广泛应用的LED驱动电路拓扑，并从原理、优缺点、适用场景等方面进行深入剖析。 线性恒流驱动： 作为最简单的驱动方式，线性恒流驱动虽然简单易实现，但效率较低，温升明显。本书将详细讲解其工作原理，分析其效率瓶颈，并探讨如何通过优化设计来改善其性能，使其在一些低功率、对成本要求极高的场合仍具竞争力。 开关恒流驱动： 这是当前LED照明领域的主流方案。本书将花费大量篇幅介绍各种开关恒流拓扑，包括： Buck（降压）拓扑： 详细介绍其工作原理，如何通过 PWM（脉冲宽度调制）或 PFM（脉冲频率调制）实现恒流控制，以及如何选择合适的电感、电容、MOSFET等元器件。重点分析不同控制模式（如峰值电流模式、平均电流模式）的优缺点，以及在低压、高电流输出场景下的应用。 Boost（升压）拓扑： 讲解其在需要高于输入电压输出的场合的应用，例如某些高功率筒灯、射灯设计。分析其工作原理、关键元器件选型，以及效率优化策略。 Buck-Boost（升降压）拓扑： 探讨其在输入电压波动范围较大的应用场景，如需要兼容宽电压输入的照明产品。详细解析其工作模式和控制方法。 Flyback（反激）拓扑： 重点介绍其在隔离型LED驱动中的广泛应用，特别是隔离对安全性和EMC（电磁兼容）至关重要。本书将深入讲解反激变压器的设计、漏感和寄生电容的处理、多路输出的设计，以及如何通过优化反馈环路来提高稳定性和动态响应。 Forward（正激）、Half-Bridge（半桥）、Full-Bridge（全桥）拓扑： 对于更高功率的LED驱动，如大功率路灯、工矿灯等，本书将介绍这些更复杂的拓扑结构，分析其在效率、功率密度、EMI等方面的优势，并提供关键元器件的选择指导。 特殊应用拓扑： 除了以上主流拓扑，本书还将介绍一些针对特定需求的驱动方案，例如： 无电解电容驱动： 针对对寿命要求极高、或者使用环境温度极端的应用（如户外照明、舞台灯），无电解电容驱动方案是必然趋势。本书将介绍其实现原理，包括使用固态电容、陶瓷电容或者采用非隔离型的低压差调整器等方法，并分析其在可靠性和寿命上的优势。 多通道独立控制驱动： 对于需要实现RGBW（红绿蓝白）混色、色温可调等功能的智能照明产品，多通道独立控制驱动是关键。本书将介绍如何设计具有多路恒流输出的驱动电路，以及如何实现各通道电流的精确匹配和独立调控。 恒流控制策略深度解析： 无论是哪种拓扑，实现精确的恒流输出是驱动电路的核心功能。本书将系统地讲解各种恒流控制策略： PWM 调光： 详细分析 PWM 调光的原理、占空比与亮度的关系，以及如何通过改变 PWM 频率来影响调光效果和 EMI。特别会强调低频 PWM 可能引起的频闪问题，以及如何通过高频 PWM 或混合调光方案来解决。 DC 调光（模拟调光）： 讲解如何通过改变驱动电流的幅值来控制亮度，以及如何通过调整电流幅度来平滑调光，避免频闪。 反馈机制设计： 深入讲解各种反馈环路的设计，包括电流采样电阻、光耦、TL431 等元器件的作用，以及如何通过补偿电路（如PID 控制）来保证驱动电路的稳定性和动态响应。 智能调光技术： 介绍如何将微控制器（MCU）或专用驱动芯片集成到驱动电路中，实现更复杂的调光功能，如遥控调光、感应调光、日程定时调光等。 功率因素校正 (PFC) 技术： 在交流输入的LED驱动中，提高功率因素是法规要求也是提高能源利用率的关键。本书将详细介绍主动式PFC和被动式PFC的技术原理、实现方法、设计要点以及相关元器件的选择。特别会强调主动式PFC在提高功率因素、降低谐波方面的优势。 元器件选型与可靠性考量： 驱动电路涉及众多电子元器件，如MOSFET、二极管、电感、电容、IC芯片等。本书将提供详细的元器件选型指南，包括如何根据电路需求选择合适的耐压、耐流、耐温等级的元器件，以及如何根据额定值、ESR（等效串联电阻）、寿命曲线等参数进行选择。同时，会特别强调在元器件选型时对可靠性的考量，例如选择高品质的滤波电容、低导通电阻的MOSFET等，以提高驱动电路的整体可靠性。 二、PCB设计：连接驱动与光明的智慧“骨架” PCB（Printed Circuit Board）设计是驱动电路实现和优化的重要载体，合理的PCB布局和走线不仅影响电路的性能，更直接关系到产品的可靠性和EMC表现。本书的PCB设计部分，将从LED驱动电路的特点出发，提供详细的设计指南。 PCB布局原则与技巧： 元器件布局： 强调高压区与低压区分开、信号区与功率区分开、发热元件的散热布局等原则。例如，将输入滤波电容、整流桥等布置在输入端，将输出滤波电容、LED接口布置在输出端。对于发热量大的MOSFET、功率电感等，会指导如何预留散热片空间，或者采用多层板的铺铜进行散热。 高电流路径设计： LED驱动电路中存在大电流的传输，如输入端和输出端的电源线。本书将详细指导如何加粗电源线，避免细长走线，以及如何合理利用PCB的铜箔层来降低回路阻抗，减少压降和损耗。 信号线与功率线隔离： 强调将敏感的控制信号线与大电流的功率线进行隔离，避免信号线受到功率线产生的电磁干扰，从而影响驱动的精度和稳定性。 EMI（电磁干扰）抑制布局： 针对LED驱动电路常见的EMI问题，本书将提供针对性的布局建议，例如：将输入滤波电容靠近输入端，将输出滤波电容靠近LED，合理安排开关节点走线，以及如何利用PCB的GND层来屏蔽干扰。 PCB走线规则与优化： 走线宽度计算： 提供根据电流大小计算走线宽度的经验公式和软件辅助方法，确保大电流走线不至于过热或压降过大。 蛇形走线与回路设计： 讲解如何利用蛇形走线来控制走线阻抗，以及如何设计紧凑的电流回路，减少环路面积，从而降低EMI。 过孔（Via）的使用： 详细说明多层板中过孔的使用技巧，包括如何合理布置过孔来减小阻抗，以及如何避免过孔产生的EMI辐射。 电源和地网络的优化： 强调良好的电源和地网络设计对于系统稳定性和EMC至关重要，指导如何使用大地平面（Ground Plane）和电源平面（Power Plane）来降低阻抗，提高信号完整性，并实现有效的 EMI 屏蔽。 散热设计在PCB上的体现： 驱动电路和LED本身都会产生热量，PCB设计需要在散热方面给予充分考虑。本书将指导如何通过增加铜箔面积、设计散热过孔、利用多层板的内层铜箔、以及考虑与外壳的结合等方式，将热量有效地散发出去。 PCB材料的选择与应用： 针对不同应用场景，如高温环境、高频应用等，介绍不同PCB基材（如FR-4、高TG板、陶瓷基板等）的特性，并指导如何根据驱动电路的要求选择合适的PCB材料。 EMC设计在PCB上的实现： 详细讲解如何在PCB设计阶段就考虑EMC问题，包括滤波电路的布局、屏蔽措施的实施、走线规则的遵守等，以确保LED照明产品能够满足相关的EMC标准。 三、可靠性设计：为LED照明的长寿保驾护航 可靠性是LED照明产品赢得市场和用户信任的基石。本书的可靠性设计部分，将从系统工程的角度，贯穿设计、制造、测试等各个环节，全面提升LED照明产品的可靠性。 LED寿命影响因素分析： 热失控： 深入分析LED结温与寿命之间的关系，强调热量管理的重要性，从驱动电路和PCB设计上采取措施控制LED的工作温度。 电流过载： 讲解恒流驱动失效或参数漂移导致LED过流烧毁的机理，以及如何通过驱动电路设计和保护机制来避免。 浪涌冲击： 分析电源线浪涌、雷击等外部因素对LED驱动电路和LED本身造成的损害，介绍如何通过瞬态抑制二极管（TVS）、MOV（压敏电阻）等保护器件来增强系统的抗浪涌能力。 电化学腐蚀与老化： 讨论PCB板材、焊料、元器件等在使用过程中可能发生的化学反应和老化现象，以及如何通过选择合适的材料和工艺来减缓这些过程。 驱动电路的可靠性设计： 元器件的降额设计： 强调对所有关键元器件进行降额使用，例如MOSFET的电压和电流降额、电容的电压和纹波电流降额、LED的电流和功耗降额等，以延长其使用寿命。 电源保护机制： 详细介绍过压保护（OVP）、过流保护（OCP）、短路保护（SCP）、过温保护（OTP）等保护功能的实现方法，以及如何合理设置保护阈值，确保在异常情况下能够有效保护系统。 软启动与均流设计： 讲解软启动电路如何减少开机瞬间的冲击电流，保护LED和驱动元件。对于多路输出的驱动，会探讨均流技术如何保证各路LED电流的均匀分配，避免部分LED过载。 隔离与非隔离设计的权衡： 分析隔离型驱动在安全性和可靠性方面的优势，以及非隔离型驱动在成本和效率方面的特点，指导读者根据具体应用场景进行选择。 PCB可靠性设计： 高可靠性PCB工艺： 介绍喷锡、沉金、OSP等表面处理工艺对PCB可靠性的影响，以及如何在潮湿、高温等恶劣环境下选择合适的表面处理。 防潮、防盐雾设计： 对于户外照明等应用，讲解如何通过PCB涂层、三防漆等措施来提高PCB的防潮、防盐雾性能。 焊点可靠性： 强调焊点是连接电路的关键，讲解如何通过合理的焊接工艺、焊膏选择以及焊点设计来提高焊点的可靠性。 V-cut与开槽设计： 对于一些需要分板的PCB，指导如何进行合理的V-cut或开槽设计，避免应力集中导致PCB损坏。 系统集成与整体可靠性： 散热系统优化： 强调驱动电路、LED、PCB、散热器、外壳等之间的协同散热设计，任何一个环节出现问题都可能导致整体可靠性下降。 连接器的可靠性： 讲解如何选择耐用、可靠的连接器，确保LED与驱动之间的稳定连接。 环境适应性设计： 针对LED照明产品在不同环境（高温、低温、高湿、腐蚀性气体等）下的工作要求，提供相应的材料选择、结构设计和防护措施建议。 测试与验证方法： 加速寿命测试 (ALT)： 介绍如何通过提高工作应力（如温度、电压、电流）来加速产品老化，预测其长期可靠性。 高低温循环试验、湿热试验： 讲解这些环境可靠性测试的目的和方法，以及如何通过这些测试来发现潜在的设计缺陷。 电磁兼容 (EMC) 测试： 强调EMC性能对LED照明产品正常工作和相互兼容性的重要性，指导如何进行传导发射、辐射发射、抗扰度等测试。 安规测试： 详细介绍LED照明产品需要满足的各项安规标准，以及如何进行绝缘耐压、泄漏电流等测试，确保产品的使用安全。 失效模式与影响分析 (FMEA)： 引入FMEA方法，引导读者在设计阶段就识别潜在的失效模式，分析其可能的影响，并制定相应的预防措施，从而从源头上提高产品的可靠性。 本书通过对驱动电路设计的深度解析、PCB设计的实用指导以及贯穿始终的可靠性工程理念的强调，旨在为LED照明工程师构建一个坚实的技术基础。本书内容详实，理论与实践相结合，能够帮助读者掌握LED照明产品设计中的核心技能，做出更高效、更可靠、更具竞争力的产品。无论是新手入门还是资深工程师进阶，都能从中获得宝贵的知识和启发。

评分☆☆☆☆☆

如果说技术细节是骨架，那么这本书的语言风格就是连接血肉的肌理，非常值得称道。作者的叙述风格是那种沉稳而富有条理的，没有过多的煽情或空泛的口号，完全是用工程师的语言在进行沟通。他善于使用对比分析法来阐述不同技术方案的优劣，比如在讨论恒流源的实现方式时，对线性方案、PWM调光方案和数字控制方案的效率曲线和调光线性度进行了细致的图表对比，让人一目了然。阅读起来，感觉就像是坐在一个经验丰富的前辈工程师身边，听他讲解一个复杂项目的技术选型和设计取舍过程，每一个技术点都有清晰的来龙去脉和明确的工程目的，这种“知其然，更知其所以然”的讲解模式，极大地提高了学习的效率和深度。

评分☆☆☆☆☆

这本书在探讨驱动电路的可靠性设计方面，展现出了远超一般入门手册的深度和广度。作者似乎对电子元器件的“生命周期”有着深刻的理解，详细剖析了电解电容的老化机制，以及如何通过选择高可靠性MLCC或固态电容来延长驱动器的平均无故障时间（MTBF）。我特别关注了其中关于浪涌保护和过压保护（OVP）的设计部分，书中不仅列举了常用的TVS管和MOV选型标准，还结合实际的电网波动案例，演示了如何构建多层次的保护网络，确保LED在恶劣工况下仍能保持稳定工作。这种对“极端情况”的预判和应对措施的描述，体现出作者在实际项目攻坚中积累的丰富经验，对于提升产品进入高端市场的通行证——可靠性认证，有着直接的指导意义。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我最大的启发是它对于LED驱动系统整体优化的视角。它没有将驱动电路孤立地看待，而是将其置于整个LED照明系统的能效链条中去考量。例如，在讲解功率因数校正（PFC）时，作者不仅仅关注了THD指标的改善，更将其与前端电网兼容性和后端LED的寿命关联起来。此外，书中对新型宽禁带半导体器件，如GaN和SiC在驱动器中的应用潜力也进行了前瞻性的探讨，分析了它们在实现更高开关频率和更小体积方面的优势与挑战。这种将当前成熟技术与未来发展趋势相结合的视野，让这本书不仅仅是一本关于“当下”的设计手册，更像是一份能够指导未来几年技术路线图的参考资料，对于保持技术前沿性非常有帮助。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧和排版确实让人眼前一亮，光是拿在手里翻阅，就能感受到作者在细节上的用心。封面设计简洁却不失专业感，内页的纸张质量也相当不错，长时间阅读眼睛不容易疲劳。我特别欣赏它在内容组织上的逻辑性，从基础理论的梳理，到实际应用案例的剖析，再到一些更深层次的优化和调试技巧，过渡得非常自然流畅。特别是关于电源拓扑结构的选择和分析部分，作者没有停留在教科书式的讲解，而是结合了当下市场主流的LED驱动方案，深入探讨了不同拓扑在效率、功率密度和EMI方面的权衡，这对于正在进行产品研发的工程师来说，无疑提供了宝贵的实战指导。书中配图清晰，很多电路原理图和PCB布局示意图都标注得非常准确，这一点在学习电子设计时至关重要，能极大地帮助读者将抽象的理论转化为具体的工程实践。总的来说，这本书的整体呈现给人一种严谨、专业且极具参考价值的印象，绝对是案头常备的工具书。

评分☆☆☆☆☆

阅读过程中，我最大的感受是作者在讲解PCB布局设计时，那种深入骨髓的工程思维。这不是一本只告诉你“应该怎么做”的书，它更侧重于解释“为什么必须这么做”。比如在处理高频开关电源的布局时，书中详细分析了走线宽度、过孔设计对阻抗匹配和信号完整性的影响，尤其对散热路径的规划给予了极大的篇幅。对于大功率LED模组的散热设计，作者不仅仅提到了使用热沉，还探讨了如何通过优化铜箔面积和导热间隙来提升热耗散效率，并用具体的热仿真图佐证了观点，这使得抽象的热力学概念变得直观易懂。对于追求产品长期稳定性的工程师来说，这些关于热管理和电磁兼容（EMC）的章节简直是“干货满满”，很多行业内约定俗成的“经验之谈”都在书中有理有据地得到了理论支持。