LED照明工程实用技术——驱动电路设计 PCB设计 可靠性设计 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：29663922788

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：

页码：

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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《LED照明工程实用技术——驱动电路设计、PCB设计、可靠性设计》 简介 在日新月异的LED照明领域，技术革新不断涌现，对从业者提出了更高的要求。从最初的替代光源，到如今成为家居、商业、工业乃至城市景观照明的主流，LED照明的普及与深化，离不开背后精密的工程设计与扎实的理论支撑。本书《LED照明工程实用技术——驱动电路设计、PCB设计、可靠性设计》正是这样一本旨在为LED照明工程师、技术爱好者以及相关专业学生提供全面、系统、实用的技术指南。它深入剖析了LED照明系统设计的核心环节，聚焦驱动电路、PCB布局以及产品可靠性，力求将复杂的理论知识转化为可操作的工程实践。 第一部分：驱动电路设计——点亮LED的“心脏” LED作为一种电流驱动型半导体器件，其性能表现与驱动电路的设计息息相关。一个优秀的驱动电路不仅要确保LED稳定、高效地发光，还要考虑成本、安全性、兼容性以及电磁兼容性（EMC）等诸多因素。本书的驱动电路设计部分，将从基础原理出发，逐步深入到各种主流驱动拓扑的解析。 基础理论与选型考量： 我们将首先回顾LED的基本电学特性，包括正向压降、工作电流、功率消耗以及光效等关键参数。在此基础上，重点阐述驱动电路在LED照明系统中的核心作用，包括限流、恒流、调光、保护等功能。读者将学习如何根据LED的规格、应用场景的需求（例如，亮度要求、显色指数、调光方式）、电源的输入特性（AC/DC，输入电压范围）以及成本预算，来选择最适合的驱动方案。 主流驱动拓扑详解： 线性恒流驱动： 尽管结构简单、成本低廉，但线性驱动的效率不高，尤其是在输入电压与LED正向电压差异较大时，会产生显著的功耗。本书将详细介绍线性驱动的工作原理，分析其优缺点，并探讨如何通过优化器件参数来略微改善其效率。适用于对效率要求不高、成本极其敏感的低功率应用。 开关恒流驱动（Buck/Boost/Buck-Boost）： 这是目前LED照明应用中最为主流的驱动方式，其核心优势在于高效率。 Buck（降压）拓扑： 适用于输入电压高于LED串正向电压的应用。我们将深入分析Buck变换器的基本原理，包括电感、电容、开关管和二极管的协同工作。重点讲解如何设计电感和输出滤波电容以满足纹波要求，如何选择合适的开关管和驱动芯片，以及如何实现恒流控制（例如，电流采样电阻、PWM控制）。 Boost（升压）拓扑： 适用于输入电压低于LED串正向电压的应用。本书将详细解析Boost变换器的升压机制，重点阐述其功率器件的选择、电感设计以及电流和电压控制策略。 Buck-Boost（升降压）拓扑： 能够实现对输入电压范围内的稳定输出，适用于输入电压波动较大的场合。我们将分析Buck-Boost变换器的复杂工作模式，以及在实际设计中需要注意的关键点。 其他特殊驱动拓扑： 针对一些特殊需求，例如隔离式驱动（Flyback, Forward等）、谐振式驱动（LLC等）以及集成式LED驱动芯片等，也将进行介绍。隔离式驱动在安全性和EMC方面具有优势，谐振式驱动在高效率和低EMI方面有独特表现，而集成式驱动芯片则极大简化了设计过程。 恒流控制策略： 恒流控制是LED驱动设计的灵魂。本书将系统介绍几种主要的恒流控制方式： 电流采样电阻法： 最常见的低成本方案，通过检测流过采样电阻的电流来反馈调整PWM占空比或控制电压。我们将深入分析采样电阻的选择、位置以及对精度的影响。 PWM（脉冲宽度调制）调光： 这是实现LED亮度调节最常用的方式，通过快速改变脉冲宽度来控制LED的发光时间，从而实现亮度变化。我们将详细介绍PWM调光的原理，不同频率下的调光效果，以及如何与恒流控制相结合。 模拟调光： 通过改变驱动电流的大小来调节亮度，虽然简单，但容易引起LED色温漂移，本书将分析其局限性。 数字调光： 利用微控制器或专用芯片实现更精确、更灵活的调光控制，例如DALI（数字可寻址照明接口）、0-10V等协议。 功率因数校正（PFC）： 尤其是在市电驱动的LED照明产品中，提高功率因数是重要的设计指标，以满足能源效率和电网兼容性要求。本书将详细介绍有源PFC和无源PFC的原理，分析它们的设计难点和实现方法。 保护电路设计： 为了保证LED驱动电路和LED本身的安全性，各种保护措施必不可少。我们将重点讲解过压保护、过流保护、短路保护、开路保护、过温保护等设计要点，以及如何选择合适的保护器件。 第二部分：PCB设计——承载能量的“骨架” PCB（Printed Circuit Board，印刷电路板）是电子元器件的载体，也是信号和能量传输的路径。在LED照明工程中，PCB设计的好坏直接影响到驱动电路的性能、散热效率、EMC表现以及产品的可靠性。 PCB布局原则与技巧： 高功率密度区域划分： 将发热元件（如功率开关管、电感、大功率电阻）集中放置，并考虑与散热器的连接。 信号流与功率流分离： 尽量避免高频信号线与模拟/数字信号线交叉，减少噪声耦合。同时，将大电流的功率回路（输入端、输出端、功率器件）设计得短而粗，减小阻抗和EMI。 关键元器件摆放： 恒流采样电阻应尽量靠近驱动芯片，缩短走线长度，减少电阻误差。滤波电容应靠近输入端和输出端，以有效抑制纹波。 散热路径优化： 合理布局铜箔，增加散热铜箔面积，并考虑与外壳的接触，形成有效的散热通路。 走线设计与优化： 线宽与线距： 根据电流大小和工作电压，计算并选择合适的线宽，以保证导电能力并降低温升。保持足够的线距，防止飞弧和短路。 过孔的使用： 合理使用过孔连接不同层，尤其是在大电流路径上，应使用多个过孔以减小阻抗。 短而粗原则： 对于大电流路径，尽量缩短走线长度，并加粗线宽。 避免尖角： 走线中的尖角容易产生电场集中，增加EMI，应尽量使用圆弧过渡。 叠层与覆铜： 多层板结构： 分析多层板在信号完整性、EMI抑制和散热方面的优势，以及不同层（信号层、电源层、地层）的功能划分。 覆铜与散热： 如何利用覆铜层来增加散热面积，降低元器件温度，提升LED的寿命和稳定性。 EMC/EMI设计考量： 回路闭合： 确保功率回路尽可能小且闭合，减少电磁辐射。 滤波设计： 在输入端和输出端设置合适的滤波电路，抑制传导和辐射干扰。 接地设计： 良好的接地是EMC设计的关键，分析星型接地、地平面接地等方法的优劣。 屏蔽设计： 在必要时考虑对敏感电路进行屏蔽。 PCB材料选择与工艺： 介绍FR-4等常用PCB基材的特性，以及对特殊应用（如高频、耐高温）的材料选择建议。 第三部分：可靠性设计——保障长久“生命力” LED照明产品的可靠性是决定其市场竞争力和用户满意度的关键因素。本书的可靠性设计部分，将从多个维度深入探讨如何提升LED照明产品的稳定性和寿命。 热管理设计： LED结温与寿命的关系： 深入分析LED结温对光衰、色漂移以及整体寿命的影响，强调将LED结温控制在安全范围内是保障可靠性的首要任务。 散热器设计与选型： 介绍不同类型的散热器（挤压式、压铸式、冲压式、翅片式等）的特点，以及如何根据LED功率、发热量、工作环境温度来计算所需的散热器热阻。 导热界面材料（TIM）： 讲解导热硅脂、导热垫片等TIM的作用，以及如何正确选择和使用它们来优化热传导效率。 热模拟分析（FEA）： 介绍如何利用有限元分析软件对LED灯具的热性能进行仿真，预测温度分布，优化散热设计。 风冷与水冷： 在一些特殊高功率应用中，可能需要考虑主动散热方式。 电气应力与寿命： 过压、过流、过温的危害： 详细阐述这些电气应力对LED芯片、驱动IC、PCB及其他元器件可能造成的瞬时损坏或加速老化。 浪涌保护设计： 针对雷击、电网切换等外部浪涌，介绍MOV（压敏电阻）、TVS（瞬态电压抑制器）、气体放电管等浪涌保护器件的选择和应用。 长期工作应力的评估： 分析长期工作条件下，元器件的疲劳、老化等可能导致的问题，并提出相应的预防措施。 环境因素对可靠性的影响： 湿气与腐蚀： 讲解潮湿环境对PCB板、金属部件可能造成的腐蚀，以及如何通过三防漆、密封设计等手段来应对。 温度循环与振动： 分析温度变化和机械振动对焊接点、元器件固定及结构强度的影响，并介绍相应的可靠性测试方法。 灰尘与污垢： 探讨灰尘堆积对散热效率的影响，以及如何通过结构设计和防护等级（IP等级）来解决。 元器件的可靠性选择： LED芯片的可靠性等级： 了解不同厂家、不同系列LED芯片的质量差异，选择具有良好可靠性数据和品牌声誉的产品。 驱动IC的可靠性： 选择具有良好过温保护、过流保护等内置功能的驱动IC，并关注其工作温度范围和MTBF（平均无故障时间）。 电容、电阻、电感等被动元器件： 强调选用高品质、长寿命的元器件，尤其是在高纹波、高应力环境下。 寿命预测与加速寿命试验： MTBF（平均无故障时间）的概念与计算： 介绍MTBF作为衡量产品可靠性的重要指标，以及其计算的基本方法。 加速寿命试验（ALT）设计： 讲解如何通过提高工作应力（如温度、电压、电流）来加速产品的老化过程，从而在较短时间内预测产品寿命，例如恒定应力加速试验（CSS）和渐进应力加速试验（PSS）。 失效模式与影响分析（FMEA）： 介绍FMEA方法，系统地识别产品在设计、制造、使用过程中可能出现的失效模式，并评估其影响，从而采取措施降低失效发生的可能性。 系统集成与整体可靠性： LED灯具的整体结构设计： 强调结构强度、密封性、安装便利性等对整体可靠性的重要性。 人机工程学考量： 在满足功能和可靠性的前提下，也应考虑用户使用的便利性和安全性。 质量控制与生产工艺： 生产过程中的每一个环节都可能影响最终产品的可靠性，强调严格的质量控制和规范的生产工艺。 本书特色： 理论与实践深度结合： 不仅讲解深厚的理论基础，更提供了大量的工程实践案例、设计公式、计算方法和注意事项。 体系化与全面性： 覆盖了LED照明工程设计中最核心的三个环节，形成完整的技术链条。 前沿性与实用性： 聚焦当前LED照明技术发展的热点和难点，为工程师提供最直接、最实用的指导。 图文并茂： 配备丰富的原理图、PCB布局图、实物图片和性能测试曲线，帮助读者更直观地理解复杂的技术概念。 目标读者： LED照明产品设计师、工程师。 电子工程师、电源工程师。 PCB工程师。 产品经理。 高等院校电子工程、电气工程、光电工程等相关专业的学生。 对LED照明技术感兴趣的研发人员和技术爱好者。 通过本书的学习，读者将能够系统地掌握LED照明工程设计的核心技术，独立完成高质量的LED驱动电路设计、PCB布局以及确保产品长久可靠运行。本书将是您在LED照明领域不断探索与创新的宝贵助手。

评分☆☆☆☆☆

坦白讲，初次接触这本书，我最感兴趣的是它承诺涵盖的“PCB设计”部分，因为这往往是决定产品EMC和散热性能的生死线。这本书在高频信号完整性和电源平面分割方面的讲解，沿用了经典的电磁理论，对于理解寄生参数的影响很有帮助。然而，我对书中关于多层板堆叠策略的介绍感到有些失望。它提供了一些通用原则，比如参考层与信号层的紧密耦合，但在面对复杂的高密度互联（HDI）设计，尤其是针对小型化模组化LED驱动器时，如何权衡信号隔离、热传导和机械强度的多目标优化，书中并没有展现出足够的深度和前沿案例。例如，对于埋嵌式热过孔阵列（Thermal Via Array）的设计规范，以及如何在不同介电常数材料中选择合适的层压结构以满足特定阻抗要求，这些关键的细节处理显得比较笼统。这本书更侧重于“如何确保电路能稳定工作”，而对于“如何在有限空间内做到极致性能和最小化成本”的尖端PCB工程艺术，探讨力度尚有欠缺，更像是一份扎实的入门级参考，而非顶级设计师的秘籍。

评分☆☆☆☆☆

这本书的标题是《LED照明工程实用技术——驱动电路设计 PCB设计 可靠性设计》，作为一名正在努力提升自己在这方面技能的工程师，我对这个领域的书籍总是抱有极大的期待。我希望找到那种不仅能讲解基础理论，更能深入到实际应用中的宝典。读完这本书，我发现它在工程实践层面有着相当扎实的积累，特别是对于驱动电路的优化部分，作者似乎花费了大量心血去探讨不同拓扑结构在实际项目中的表现和取舍。书中对功率因数校正（PFC）以及谐波抑制的处理非常细致，这对于需要满足日益严格的能效标准的项目来说，简直是雪中送炭。我特别欣赏作者那种“从失败中吸取教训”的叙事风格，通过分析几个典型的失效案例，反向推导出如何构建一个健壮的驱动系统。这远比纯理论的推导来得实在。例如，对于高压恒流驱动的设计，书中给出的具体元器件选型考量和热管理方案，完全可以作为我们设计部门的标准操作流程（SOP）的参考蓝本。如果说有什么遗憾，那就是在新型半导体材料如SiC/GaN在驱动器中的应用探讨上，虽然有所提及，但深度略显不足，毕竟面向未来的技术趋势，我们期望看到更多前瞻性的布局和实验数据支撑。总体而言，对于从事LED驱动硬件设计的中级工程师来说，这本书无疑是一份高价值的实战手册，能有效缩短从概念到量产的周期。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧和排版，坦白讲，初次拿到手时，我的第一反应是：这更像是一本技术手册汇编而非一本系统的教材。它的逻辑跳跃性有时让我有些困惑，仿佛作者是把不同年份、不同项目积累下的笔记，按照章节标题强行串联起来。举个例子，讲到PCB布局的电磁兼容性（EMC）时，它会突然插入一段关于电解电容寿命预测的阿累尼乌斯模型的讨论，两者之间的过渡显得非常生硬。当然，我们不能否认其内容的信息密度极高，几乎每一页都塞满了公式、波形图和关键参数列表。但这种“填鸭式”的教学方法，对于初学者来说，可能会形成巨大的认知压力，难以构建起一个完整的知识框架。我更倾向于将它作为一本案头备查的工具书，遇到具体的设计瓶颈时，翻阅特定章节，总能找到一些“灵光一闪”的解决思路，特别是关于热应力分析与散热片设计的结合点，这部分内容处理得非常到位，提供了许多经验性的结论，而不是一味依赖复杂的有限元分析软件输出的结果。不过，书中对软件仿真工具的使用指导近乎空白，这在当前设计流程中是一个明显的短板，毕竟现代电子设计离不开Spice或HyperLynx等工具的辅助验证。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的感觉更像是一份资深项目经理的“经验备忘录”，而非一本面向所有人的教科书。它的优势在于对“成本控制”与“可制造性（DFM）”的平衡把握极其精准。在讨论PCB布线时，作者反复强调了走线宽度、过孔数量和层叠结构如何直接影响最终的BOM成本和批量生产的良率。对于许多教科书会略过的“打样与小批量试产”阶段可能遇到的具体问题，比如阻焊剂残留、丝印对散热的影响等，这本书都有非常生动和写实的描述。这种“接地气”的叙述风格非常对我的胃口，它让我意识到，一个优秀的LED驱动工程师，必须同时是个精明的“采购”和“工艺专家”。然而，在软件算法层面的探讨略显保守，比如在无传感器的磁性元件参数辨识或数字控制环路的动态性能优化方面，更新的DSP或高性能MCU的应用案例较少，内容似乎停留在基于成熟、稳定但相对传统技术的范畴内，这对于追求极致效率和智能化控制的读者来说，会感到意犹未尽。

评分☆☆☆☆☆

我购买这本书的主要目的是想深入理解“可靠性设计”在LED照明产品生命周期管理中的具体落地细节，因为我们最近的项目返修率居高不下，问题根源直指驱动电源的早期失效。这本书的可靠性章节确实没有让我失望，它从FMEA（失效模式与影响分析）的视角出发，系统地梳理了从元器件选型到最终封装测试的每一个关键节点。作者强调的“设计裕度”概念，并非简单地将电压电流值设得低一些，而是深入探讨了浪涌冲击、温度循环对焊点疲劳的影响。特别是对于户外照明产品，书中针对IP防护等级与内部凝露问题所做的结构与电路协同设计分析，提供了非常具体且可执行的建议，这远超我预期的理论探讨范畴。通过阅读，我开始重新审视我们过去过于依赖“供应商提供的数据”的做法，转而重视基于实际工作环境的加速寿命试验设计。如果说美中不足，也许是质量管理体系（如ISO 9001/IATF 16949）与具体工程实践之间的桥接不够紧密，它提供了“做什么”的指导，但对于“如何融入现有的质量流程”的说明略显不足。