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5WLED恒压驱动电源外壳结构设计
5W—LED恒压驱动电源外壳结构设计
季丰
（机械与汽车工程学院指导教师：
祝邦文）
摘要：
本文主要是设计了一款5W—LED恒压驱动电源的外壳，主要由四部分组成，分别是一个上盖、一个底座以及两个侧盖。
外壳使用的材料为PC，PC制作的外壳耐热性优异、成型收缩率小、尺寸稳定性高、胶件精度高、冲击强度高、蠕变小，刚硬而有韧性等。
设计中采用的设计思路是以“顶层基本骨架”为核心的自顶向下设计，即在产品设计的最初阶段，按照该产品的最基本功能和要求，在设计顶层构筑一个“基本骨架”，称之为“顶层基本骨架”，随后的设计过程基本上都是在该“顶层基本骨架”的基础上进行复制、修改、细化、完善并最终完成整个设计的过程。
外壳设计完成后，能满足客户对产品功能和服务的要求。
关键词：
上盖；侧盖；底座；外壳设计；参数化技术
Abstract；Thispaperismainlydesignedaconstantvoltagepowersupply5W-LEDshellwhichconcludesfourcomponents:
atopcover,abaseandtwolateralcover.ThecoatismakedfromPC,whichpossesssfollowingcharacteristics:
excellentheatresistance,smallformingcontractionrate,highdimensionalstability,highprecision,highimpactstrength,smallsquirm,sturdyandresilient,etc.Designideasinthedesignisthe"topbasicskeleton",asthecoreoftop-downdesign,anditmeansatthefirstproductdesignphase,buildinga“basicskeleton”onthetoplevelaccordingtotheproduct'sbasicfunctionsandrequirements,whichalsocalls"topbasicskeleton".Subsequentdesignprocessincludingcopy,modification,refinement,andfinalizingthewholedesignareallbasedonthe"topbasicskeleton".Atlastfinishedshellshouldmeetthecustomers’requiermentofproductfunctionandservice.
Keywords：
Topcover；Lateralcover；Base；Shelldesign；ParametricTechnology
第一章绪论
1.1课题背景
1.1.1引言
在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。
PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。
这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。
LED已有近3O年的发展历程。
20世纪7O年代，最早的GaP、GaAsP同质结红、黄、绿色低发光效率的LED已开始应用于指示灯、数字和文字显示。
从此，LED开始进人多种应用领域，包括宇航、飞机、汽车、工业应用、通信、消费类产品等，遍及国民经济各个部门和千家万户。
到1996年，LED在全世界的销售额已达到几十亿美元。
尽管多年以来LED一直受到颜色和发光效率的限制，但是由于GaP和GaAsPLED具有寿命长、可靠性高、工作电流小、可与TrL、CMOS数字电路兼容等许多优点，因而一直受到使用者的青睐。
最近十年，高亮度化、全色化一直是LED材料和器件工艺技术研究的前沿课题。
超高亮度（UHB）是指发光强度达到或超过10Omcd的LED，又称坎德拉（cd）级LED。
高亮度A1GalnP和InGaNLED的研制进展得十分迅速，现已达到常规材料GaA1As、GaAsP、GaP不可能达到的性能水平。
1991年，日本东芝公司和美国HP公司研制成InGaA1P62Ohm橙色超高亮度LED，1992年，InGaAIP59Onto黄色超高亮度LED达到实用化。
同年，东芝公司研制的InGaA1P573nm黄绿色超高亮度LED的法向光强达2cd。
1994年，日本日亚公司研制成lnGaN450nm蓝（绿）色超高亮度LED。
至此，彩色显示所需的三基色红、绿、蓝以及橙、黄多种颜色的LED都达到了坎德拉级的发光强度，实现了超高亮度化、全色化，使发光管的户外全色显示成为现实。
我国发展LED起步于2O世纪70年代，8O年代形成产业。
全国约有100多家企业，95％的厂家都从事后道封装生产，所需管芯几乎全部从海外进口。
通过几个”五年计划”的技术改造、技术攻关、引进国外先进设备和部分关键技术，使我国LED的生产技术已向前跨进了一步。
北京、长春、南昌、上海、山东、河北等地的一些厂家，现已具有GaAs和GaP单晶、外延片、芯片的批量生产能力。
由南昌746厂组建的欣磊光电公司的普亮LED芯片生产线，1998年生产出管芯7亿只，1999年超过1O亿只。
信息产业部电子第13研究所下属的河北汇有电力电子公司和河北立德电子公司已分别建成In．GaA1P超高亮度LED外延片和芯片生产线，1999年年底达到年产外延片1万片、芯片1亿只的生产能力，从而改变了我国超高亮度LED外延片、芯片全部从海外进口的局面。
1.1.2市场
在圆片上形成的LED器件是不会发光的，必须要加以封装组成炮弹式样后才能发光，因此市场常由封装和LED两部分组成。
据统计，2005年世界封装产值比上年增长了11．4％，达67亿美元。
日本是最大的生产国，独占世界市场的46％，中国台湾次之，占17％。
预计到2008年，世界LED封装市场将增长到91亿美元，年均增长率为10．9％。
据统计预测，2005年世界白光LED的需求约为45亿个，到2008年将增长到约98亿个，翻了一番还多，年均增长率接近30％，可见市场潜力之巨大。
其中最大的应用产品是移动电话，2005年占市场的68％，由于手机市场已趋向饱和，增长缓慢，2008年虽仍占有老大地位，但市场份额则将下降到40％。
增长较快的是汽车和照明，2008年将分别从10％提高到22％，和2％提高到15％。
2008年LCDTV和PC用LED将分别增长到7％和6％。
据日本野村综合研究所调研，由于移动电话在经济发达国家的需求已过一轮，今后增长势必趋缓。
并且所用白光LED价格江河日下，影响到自光LED以销售计的市场增长大不如销售量市场，但预计2005～2010年仍会有10％的年均增长率。
将从17．4亿美元提高到28．4亿美元。
增长的驱动力来自大尺寸LCD屏和车载设备所需的白光LED背光源。
白光LED生产主要掌控在日本公司之手，占有整个市场72％的份额，其中日亚化学公司独占41．2％，Citizen公司占17．8％，OsRAMOPTO公司13．7％，丰田合成公司12．9％。
由于看好市场，通过科研开发和生产合作也有不少欧美公司包括Fairchild、Agilent以及韩台地区公司参与进去，竞争加剧。
不但日亚化的比重会缩小，而且通过各种整合，出现一些新兴制造公司。
1.1.3应用
白光LED近1、2年主要应用于移动电话、数码相机、数字摄像机和便携游戏机等4类产品的LCD背光源据2004年的统计，应用程度都很高，便携电话占69％，数码相机67％，数字摄像机80％，便携游戏机更高达100％。
高端数码相机和数字摄像机的取景器和图像重放显示器都需要高品质的图像，因而要用白光LED作背光源。
其次，汽车需要多种多样的照明，白光LED作为取代产品将逐渐渗入这一市场。
首先是车内面板和车内灯的应用，现在的应用率虽还不过12％～24％，但预计到2008年可提高到67％。
车内面板估计目前平均约用18个LED，2008年可望增加到25个。
顺便说一句，移动电话现在使用3～4个，加上键盘和照相机闪光灯共6个，2008年可望增加到7～8个。
汽车的应用今后要考虑的有雾灯、转弯用灯、弱光灯和强光灯等。
汽车应用有特殊的要求，包括高可靠，长寿命（10年以上）等。
就白光LED本身讲也需要在亮度、光通量、发光效率、发热对策等方面作进一步改进。
特别是车前灯，目前使用的卤素灯发光效率为17～201m／w，光通量15001m左右，寿命300～5004时，目前LED还做不到，今年才有望开始用于个别车型上。
据预测，世界轿车用LED可单从2005年的50亿个增长到2010年的60亿个。
又据传，车前灯使用白光LED的汽车2008年或可达一成。
再次是作为PC和电视的LCD屏背光源，以及普通照明的白光LED，市场成长空间最为巨大。
白光LED作为LCD背光源，主要是与CCFL（冷阴极管）开展竞争，在移动电话、数码相机等所用小尺寸显示屏方面，LED无论性能、价格不但都已胜过后者，而且已达十分成熟的程度，市场开始走低。
但在中大尺寸LCD显示屏方面，白光LED由于使用数量相差甚大，且在价格、敞热、Ic驱动方面都还未臻完善。
笔记本电脑2005年才开始使用白光LED背光源，并将由此逐渐推向OA和电视，预计这方面使用的白光LED今明两年将开始量产，投放市场，2008年LCD电视使用率或将达到一成。
至于照明领域，除了传统的白炽灯，荧光灯之外，其他节能灯还在不断开发出来，白光LED要打入这一市场确非易事。
自光LED亮度虽高，但在使用寿命、散热、成品率等方面都还存在问题，价格过高尚难普及。
白炽灯从电转为光的转换效率只有5％～10％，荧光灯为22％～25％，白光LED为25％～35％。
理论上白光LED的转换效率叮达99％，故只要转换效率提高到50％，那在节能和减少花费方面就会超过白炽灯和荧光灯减少几倍。
因此，白光LED一旦在技术和产量上超越障碍，其在照明市场上潜力之巨大，不可言喻。
根据RolandHaitz对过去34年的统计，LED的光输出量以每18～24个月增加2倍的所谓Haitz’SLaw计算，那么，到2025年LED将主导整个照明市场。
白光LED具有省电和环保两特大优势，势将成为El常生活照明，改变社会生活面貌，进入白光LED照明新世纪。
1.1.4国内情况
由于采用半导体LED（发光二极管）照明具有节能、环保和长寿命等优点,因此近几年来国际上主要发达国家和相关大公司、研究机构均投入很大力量来发展LED,已取得了很多研究成果,申请了几千个专利项目,并不断扩大产业规模,向照明领域拓展。
我国在LED产业发展方面做了很多工作,主要呈现以下几个特点。
重视程度高支持力度大
近年来国家相关部委和部分地方政府对发展LED产业有了较统一的认识,均在制订相关发展方案和政策。
首先,以科技部牵头由国家相关部委一起于2003年6月成立“国家半导体照明工程领导小组”,具体指导国家LED产业的发展。
并确定上海、厦门、南昌、大连等4个地区为首批半导体照明工程产业化基地。
其次,国家发改委委托中国工程院研究制订“我国固态照明产业发展规划”,中国工程院已组织国内相关专家组成专家咨询组,正在进行研究制订之中的该发展规划经相关部门修订和批准之后将从2005年开始执行。
第三,信息产业部组织全国性的专门会议,如举办LED产业发展论坛,对当前如何加快LED产业化发展进行深入研讨。
同时与科技部一起着手制订半导体LED照明标准体系,这将是LED照明产业化的指导性技术标准文件。
最后,全国有十几个省、市地方政府非常重视LED照明产业的发展,分别制订LED产业发展规划,加大地区的LED产业的投入和扶植。
上述这些举措,为加速发展我国LED产业起了决定性的作用。
LED产业投入加大
无论是国家或是企事业单位,为抓住LED产业发展的大好机遇,在人力、物力、资金方面均加大了投入。
首先,在国家投入方面,LED的研究开发,前几年通过863计划,不少研究机构（大学）获得资金的支持,开展了很多实质性的研究课题,取得可喜成果。
2003年～2004年科技部拨出部分创新基金重点扶植部分研究机构和企业发展LED。
信息产业部也以发展基金的形式扶植重点研究机构和企业来发展LED产业。
教育部还有部分研究基金支持部分大学的LED研究课题。
国家发改委制订的发展规划也将有更大的支持力度。
各地方政府已经以各种形式投入不少资金来发展地方的LED产业。
其次,企事业单位的投入。
企事业单位首先从人才方面均有较大的投入,很多研究单位（大学）和有实力的企业引进了不少光电专业的博士、硕士、本科毕业生,增大了研究开发队伍。
其次,从资金方面也有较大的投入,很多研究单位（大学）为了深入并扩大研究相关课题,投入大量资金,购置新的MOCVD外延设备,如中科院半导体所、南昌大学、厦门大学等单位。
许多有实力的前工序企业正在加大投资力度,购置新设备,如厦门三安、深圳方大、江西联创、上海北大蓝光等单位均在购置新的MOCVD外延设备和芯片制造设备,以增强研发力度和扩大产业化规模。
在后工序方面,如厦门华联、佛山国星、江西联创等单位分别增加投入,购置全自动封装整套设备、SMD设备和功率LED封装设备,不断扩大生产规模。
另外,近两年有不少企业新投入LED产业或建立新的LED企业，投入后工序封装的企业更多。
上述这些的投入,无疑将加速推进LED产业化进程。
近年来,很多企业与研究单位（大学）进行产、学、研结合,扩大研究成果的产业化。
根据目前LED发展的形势,许多企业正在寻找更多的合作对象,想把企业做大做强,这是目前的发展动态。
2003年大连路明与美国AXT公司合作组成大连路美公司,厦门三安与美国一家公司合作,成立厦门安美公司。
这些企业的合作成功,无疑将有助于扩大投入,加强产品的研发力度和扩大生产规模,提高产业化的水平。
LED应用面不断扩大
近年来LED发展的特点之一是该系列产品的需求量不断增大,而且该产品的应用面也不断扩大,这就为推进LED产业发展打下坚实基础。
据初步了解,目前国内进行LED和特种照明的应用开发及生产单位超过200家,而且很多企业是原来生产普通照明产品的企业也投入了LED照明的应用开发生产。
目前LED除了大家熟悉的应用之外,近几年来出现很多新的应用领域,如全彩屏的大、中、小屏幕显示装置、各种不同颜色变化的背光源、汽车内外的照明和显示装置、航空、航海、铁路等交通信号指示用的特种照明灯、低压安全类（矿灯）、室外景观照明及室内装饰照明用的LED灯、各种不同灯具结构LED特种照明灯和LED白光照明的应用等等。
由于这些新领域的应用和推广,使超高亮度LED需求量不断增加,为促进超高亮度LED产业发展打下坚实的基础。
随着超高亮度及白光LED应用面的不断扩大,以及在技术上的进一步突破和生产成本的不断下降,将进一步推进LED实现普通照明的进程。
1.2课题的提出
LED照明行业是一个新兴的行业，它以其独特的优点深受人们的青睐。
如今在光电工程中，提高光效，节约能源和高可靠性已经成为人们共同追求的目的。
我们在讨论和使用LED光源时，都会想到LED的寿命长、节约能源、亮度高等特点。
也正是因为如此LED光源才倍受欢迎。
LED光源虽有以上优点，却并不如人们所说的那么神奇。
只有给其配上合适、高效的LED电源、合理的电路设计、完善的防静电措施、正确的安装工艺才能充分发挥和利用LED光源的以上优点。
LED是电流控制元件，通过流过的电流，直接将电能转变为光能，故也称光电转换器。
因其不存在摩擦损耗和机械损耗，所以在节能方面比一般的光源的效率高，但是LED光源并不能像一般的普通光源一样可以直接使用电网电压，它必须配置一个电压转换装置，提供满足其额定的电压、电流，才能正常使用，即LED专用电源。
但是各种不同的LED电源其性能和转换效率各不相同，所以选择合适、高效的LED专用电源，才能真正体现LED光源高效特性。
因为低效率的LED电源本身就需要消耗大量电能，在配合LED的使用过程中根本就体现不出LED的高效节能特性。
而且LED电源也必须是高可靠性电源，才能使LED光源系统长寿命。
本次毕业设计的课题来源于为一个5W—LED恒压驱动电源设计一款外壳。
根据国标GB：
19510.1—2004/IEC61347—1：
2003灯的控制装置，规定外壳符合以下要求：
1.定义控制装置（lampcontrolgear）形式为独立式控制装置（independentlampcontrolgear）。
2.电源电压（supplyvoltage）为200V～240V。
3.额定最大温度
（ratedmaximumtemperature
）为75℃。
4.防止意外接触带电部件的措施。
5.防潮与绝缘。
6.介电强度。
7.爬电距离。
8.螺钉、载流部件和连接件。
9.耐热、防火及耐漏电起痕。
1.3课题任务
产品设计的设计要点与原则
1、以最简单的结构做出最优良的产品（即性价比，降低制造成本提高成品市场竟争力）；
2、以与产品结构性能最匹配的材料做为产品的首选材料；
3、壁厚不宜过厚并且要尽量均匀（壁厚理论上取产品长度的1/10）；
4、产品配合位设计时不能设计成零对零（即两零件之间不能没有间隙），一般都要预留0.1的间隙，结构设计中把0.15以下称死配合，0.15以上称运动配合；
5、在进行产品结构设计时产品外形的直身位和涉及到装配位都要加上脱模斜度，产品内部非重要的特征可以让模具设计来增加脱模斜度，结构设计只需要在后期的工程图加上未注脱模斜度的字样，给脱模斜度时尽量给到2度以上（如果表面晒粗纹甚至要给7度以上，一般来说晒纹深度加0.01，脱模斜度增加2度）；
6、产品设计要秉承加胶容易减胶难的设计原则，特别对一些要进行紧配合的产品，可以先行做松一点再进行适当的加胶进行紧配合，加胶容易的原因是因为一般的加胶在改模时只要用铜公再打一次火花就可以，减胶则要烧焊；
7、深柱位加筋，防止注塑时变形和增加柱位强度。
结合产品设计的设计要点与原则，要求设计出的5W—LED驱动电源外壳，满足以下几点：
1.外观设计要求（创意设计）。
2.安规要求。
3.电器安装要求（包括1.线路板尺寸要求：
2.整个产品安装）。
4.整个产品装配要求。
5.客户要求。
6.装配要求。
7.产品的电磁兼容性（EMC）要求。
.
8：
产品的噪音问题，防尘，防水问题
根据上述要求确定外壳总体结构，然后设计出内部结构，最后完成整个外壳设计。
第二章材料的选择
了解塑件的常用材料的性能与特性，有利于我们在设计过程中合理的选用材料。
常用的材料有：
PC、ABS、PC+ABS、POM、PMMA、TPU、RUBBER以及尼龙纤等。
2.1PC（聚碳酸脂）
化学和物理特性：
PC（聚碳酸酯）是一种无定型、无臭、无毒、高度透明的无色或微黄色热塑性工程塑料，具有优良的物理机械性能，尤其是耐冲击性优异，拉伸强度、弯曲强度、压缩强度高；蠕变性小，尺寸稳定，刚硬而有韧性；具有良好的耐热性和耐低温性，在较宽的温度范围内具有稳定的力学性能，尺寸稳定性，电性能和阻燃性，可在-60～120℃下长期使用；无明显熔点，在220-230℃呈熔融状态；由于分子链刚性大，树脂熔体粘度大；吸水率小，收缩率小，尺寸精度高，尺寸稳定性好，薄膜透气性小；属自熄性材料；对光稳定，但不耐紫外光，耐候性好；耐油、耐酸、不耐强碱、氧化性酸及胺、酮类，溶于氯化烃类和芳香族溶剂，长期在水中易引起水解和开裂。
注塑工艺要点：
高温下PC对微量水份即敏感，必须充分干燥原料，使含水量降低到0.02%以下，干燥条件：
100-120℃，时间12小时以上；PC对温度很敏感，熔体粘度随温度升高而明显下降，料筒温度：
250-320℃，（不超过350℃），适当提高后料筒温度对塑化有利；模温控制：
85-120℃，模温宜高以减少模温及料温的差异从而降低胶件内应力，模温高虽然降低了内应力，但过高会易粘模，且使成型周期长；流动性差，需用高压注射，但需顾及胶件残留大的内应力（可能导至开裂），注射速度：
壁厚取中速，壁薄取高速；必要时内应力退火；烘炉温度125-135℃，时间2Hrs，自然冷却到常温；模具方面要求较高；设计尽可能粗而短弯曲位少的流道,用圆形截面分流道及流道研磨抛光等为使降低熔料的流动阻力；注射浇口可采用任何形式的浇口，但入水位直径不小于1.5mm；材料硬，易损伤模具，型腔、型芯经淬火处理或镀硬（Cr）；啤塑后处理:
用PE料过机；PC料分子键长，阻碍大分子流动时取向和结晶，而在外力强。
PC与不同聚合物形成合金或共混物，提高材料性能。
具体有PC/ABS合金，PC/ASA合金、PC/PBT合金、PC/PET合金、PC/PET/弹性体共混物、PC/MBS共混物、PC/PTFE合金、PC/PA合金等，利有两种材料性能优点，并降低成本，如PC/ABS合金中，PC主要贡献高耐热性，较好的韧性和冲击强度，高强度、阻燃性，ABS则能改进可成型性，表观质量，降低密度。
PC的三大应用领域是玻璃装配业、汽车工业和电子、电器工业，其次还有工业机械零件、光盘、包装、计算机等办公室设备、医疗及保健、薄膜、休闲和防护器材等。
PC可用作门窗玻璃，PC层压板广泛用于银行、使馆、拘留所和公共场所的防护窗，用于飞机舱罩，照明设备、工业安全档板和防弹玻璃。
PC板可做各种标牌，如汽油泵表盘、汽车仪表板、货栈及露天商业标牌、点式滑动指示器，PC树脂用于汽车照相系统，仪表盘系统和内装饰系统，用作前灯罩，带加强筋汽车前后档板，反光镜框，门框套、操作杆护套、阻流板、PC被应用用作接线盒、插座、插头及套管、垫片、电视转换装置，电话线路支架下通讯电缆的连接件，电闸盒、电话总机、配电盘元件，继电器外壳，PC可做低载荷零件，用于家用电器马达、真空吸尘器，洗头器、咖啡机、烤面包机、动力工具的手柄，各种齿轮、蜗轮、轴套、导规、冰箱内搁架。
PC是光盘储存介质理想的材料。
PC瓶（容器）透明、重量轻、抗冲性好，耐一定的高温和腐蚀溶液洗涤，作为可回收利用瓶（容器）。
PC及PC合金可做计算机架，外壳及辅机，打印机零件。
改性PC耐高能辐射杀菌，耐蒸煮和烘烤消毒，可用于采血标本器具，血液充氧器，外科手术器械，肾透析器等，PC可做头盔和安全帽，防护面罩，墨镜和运动护眼罩。
PC薄膜广泛用于印刷图表，医药包装，膜式换向器。
2.2ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）
化学和物理特性：
ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三种化学单体合成。
每种单体都具有不同特性：
丙烯腈有高强度、热稳定性及化学稳定性；丁二烯具有坚韧性、抗冲击特性；苯乙烯具有易加工、高光洁度及高强度。
ABS收缩率较小（0.4-0.7%），尺寸稳定；并且具有良好电镀性能，也是所有塑料中电镀性能最好的；从形态上看，ABS是非结晶性材料，三中单体的聚合产生了具有两相的三元共聚物，一个是苯乙烯-丙烯腈的连续相，另一个是聚丁二烯橡胶分散相。
ABS的特性主要取决于三种单体的比率以及两相中的分子结构。
这就可以在产品设计上具有很大的灵活性，并且由此产生了市场上百种不同品质的ABS材料。
这些不同品质的材料提供了不同的特性，例如从中等到高等的抗冲击性，
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