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高亮度LED综述

高工
2014-12-10 21:48:09    评分

1 、LED的发展

  从1907年人们发现了半导体材料通电后可以发光现象到现今的高亮度的LED灯使用。LED照明技术高速发展,给人们生活带来了巨大变迁,下面简介LED的发展。

  ( 1)单色光LED的种类及其发展历史。最早使用GaAsP材料应用半导体P-N结发光原理制成的LED光源是20世纪60年代初。只能发红光,到70年代中期,LED发展到绿光、黄光和橙光。80年代初,发光亮度大大增强。

  (2)复合光LED的发展。LED的从红光LED到蓝光LED以及白光LED经过了三个阶段,红光及绿光都是单色LED.

  1996年白光LED出现,1998年正式推向市场,标志了复合光白光LED的运用,也为LED照明的发展推到崭新的起点。

  (3)白光LED的高速发展。随着技术的不断进步,近年来白光LED的发展相当迅速,白光LED的发光效率大大超过白炽灯,在高亮度的LED也运用于汽车远光灯等需要高亮度的场合。

  2、 高亮度LED的应用

  高亮度LED以长寿命、抗震、高效、对光源良好的控制能力等优点,在高亮LED普遍应用于各个领域,比如:汽车电子、交通信号灯、背光源、建筑照明、装饰等。随着亮度的增加、价格降低,超高亮LED得到了高速发展。作为新型高效固体光源,LED的潜力巨大,是照明史上继白炽灯、荧光灯之后的又一飞跃,引发了第三次照明革命,其经济效益和社会意义巨大。相信LE照明以其独特的魅力,必将在不远的将来走入千家万户,全面取代传统照明。特别是在汽车电子领域的广泛应用,如汽车仪表盘、尾灯、指示灯、高位刹车灯、倒车灯及车内照明等。

  3 、高亮度LED的发光原理

  LED的本质是PN结,其端电压具有一定势垒,对LED施加正向电压,势垒下降,P区和N区的多子互相扩散,而空穴比电子的迁移率小得多,所以大量电子向P区扩散,对P区的少子注入。价带上的空穴与电子复合,得到的能量以光能的形式释放。这就是LED的发光原理。

  4 、高亮度LED灯驱动电路

  LED驱动器供电可以将其分成直流-直流和交流-直流两类。直流-直流驱动器通常由电池、蓄电池或稳压电源供电,用于便携式产品;而矿灯、汽车等设备交流-直流驱动器直接由市电供电,现阶段主要用于装饰、景观等照明LED灯。图1显示的是LED驱动器的基本工作电路示意图。

图1 LED驱动器的基本工作电路示意图。

  (1)电荷泵电路。电容式电荷泵通过开关阵列和振荡器、逻辑电路、比较控制器实现电压变换,电荷泵电路可以组成升压式或降压式结构。由于电容式开关变换电路主要采用电容来储存和传递能量,其输出电压范围有限,且只能按级别阶跃跳变,效率也不高,适用于小功率场合。

  (2)电感式直流-直流电路。电感式DC-DC开关变换电路是能量变换中效率最高的一种结构,可达75%以上,特别适用于大功率LED的驱动电路。主要依靠两种电路结构间的开关高速切换,将能量在各器件间存储和转移得到所需输出,有着很高的效率。

  (3)工频变压器降压交流-直流电路电路由工频变压器、桥式整流器和输出滤波电容组成。这种电路结构比较简单,但体积较大,输出能力不稳定,可串入线性稳压或者稳流器,可提供约±5%的电压或电流调整率,但会降低驱动器效率。

  (4)电容降压电路。这种电路结构也比较简单,电流稳定度也比较好。但交流电容体积还是很大,不适合大电流的LED驱动,效率也不高。

  (5)RCC驱动电路。RCC电路是工作在变频的临界电感电流控制模式,控制电路不需要集成控制芯片。除了上述几种电路,还有单片开关电路、Buck降压驱动电路等电路可供选择。

  (6)调光方式。对于高亮度LED驱动电源来说,为做到节约环保,调光是重要的功能。常见的LED调光方式有两种:模拟调光和PWM调光。模拟调光是控制流经LED串的电流量。这有可能导致LED串的电压下降,造成轻微的色差。

  PWM调光方法是在大于200Hz的某些频率下以0%到100%的不同的导通时间百分比即占空比,导通和关断LED。在导通期间LED满电流工作,而在关段期间LED上没有电流流过。这就保证了色彩的一致性。PWM调光是未来的趋势。

  5 、LED灯注意事项

  虽然LED的优点很多,但是也有自身的劣势。由于LED没有红外及紫外辐射,其消耗的能量除转换为光能外,几乎都是热能,且只能以热传导的形式传出。如果让LED长期工作在较高的温度下,其寿命将大打折扣,甚至有烧毁的危险。又由于LED亮度与电流成正比,与温度成反比。当LED因散热不利而导致LED温度升高时,将严重影响LED光线亮度。因此,在LED一定要考虑散热问题。

  LED是一种使用寿命极长的光源(可长达5万小时),需要为LED提供适当的保护,因为偶尔LED也会失效,如因局部的组装缺陷或因瞬态现象等可能导致失效。必须对这些可能的失效提供预防措施。

  6 、高亮度LED灯发展前景

  LED的省电效能已经取代了传统照明。而RGB高亮度LED更被视为最具潜力的热门应用,也因此让LED驱动IC产业高速发展,也对LED驱动器IC设计提出具体要求。首先,要大幅提高LED方案的总体效率,降低能源需求。其次,必须提供比白炽灯更高的性能优势。如在工业应用中,包括从大功率内部、外部照明到驱动激光二极管以切割和原材料成形的各种应用。所有这些应用都需要大幅降低所需的电力,但是又需要非常具体的性能改进。




关键词: 电路     照明     综述     亮度     高亮度    

院士
2014-12-11 09:18:09    评分
2楼
LZ,图片呢?

高工
2014-12-11 18:18:33    评分
3楼
图补上了,,

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