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北京旭輝照明工程有限公司
2024-01-04 09:17:24




照明原理
LED光源的LED是由Ⅲ-Ⅳ族化合物,如GaAs(砷化鎵)、GaP(磷化鎵)、GaAsP(磷砷化鎵)等半導體制成的,其核心是PN結。因此它具有一般P-N結的I-V特性,即正向導通,反向截止、擊穿特性。此外,在一定條件下,它還具有發(fā)光特性。在正向電壓下,電子由N區(qū)注入P區(qū),空穴由P區(qū)注入N區(qū)。進入對方區(qū)域的少數載流子(少子)一部分與多數載流子(多子)復合而發(fā)光。
假設發(fā)光是在P區(qū)中發(fā)生的,那么注入的電子與價帶空穴直接復合而發(fā)光,或者先被發(fā)光中心捕獲后,再與空穴復合發(fā)光。除了這種發(fā)光復合外,還有些電子被非發(fā)光中心(這個中心介于導帶、介帶中間附近)捕獲,而后再與空穴復合,每次釋放的能量不大,不能形成可見光。發(fā)光的復合量相對于非發(fā)光復合量的比例越大,光量子效率越高。由于復合是在少子擴散區(qū)內發(fā)光的,所以光僅在靠近PN結面數μm以內產生。
理論和實踐證明,光的峰值波長λ與發(fā)光區(qū)域的半導體材料帶隙Eg有關,即 λ≈1240/Eg(mm)
式中Eg的單位為電子伏特(eV)。若能產生可見光(波長在380nm紫光~780nm紅光),半導體材料的Eg應在3.26~1.63eV之間。比紅光波長長的光為紅外光。已有紅外、紅、黃、綠及藍光發(fā)光二極管,但其中藍光二極管成本、價格很高,使用不普遍。

(1)允許功耗Pm:允許加于LED兩端正向直流電壓與流過它的電流之積的最大值。超過此值,LED發(fā)熱、損壞。
(2)最大正向直流電流IFm:允許加的最大的正向直流電流。超過此值可損壞二極管。
(3)最大反向電壓VRm:所允許加的最大反向電壓。超過此值,發(fā)光二極管可能被擊穿損壞。
(4)工作環(huán)境topm:發(fā)光二極管可正常工作的環(huán)境溫度范圍。低于或高于此溫度范圍,發(fā)光二極管將不能正常工作,效率大大降低。
不改變材質的前提下,在LED的極限范圍內,提高亮度的手段就是提高電流,隨著電流升高,LED發(fā)熱量會劇增。使用過LED光源便攜投影機的,或微投的朋友,一定都深有體會,LED光源的投影機,非常熱,而且普遍會有明顯的噪音。這些產品,機身小是一方面,關鍵還是其自身發(fā)熱量較大所致。
隨著功率的增加,LED的散熱問題顯得越來越突出,大量實際應用表明,LED不能加大輸入功率的基本原因,是由于LED在工作過程中會放出大量的熱,使管芯結溫迅速上升,熱阻變大。輸入功率越高,發(fā)熱效應越大。溫度的升高將導致器件性能變化與衰減,非輻射復合增加,器件的漏電流增加,半導體材料缺陷增長,金屬電極電遷移,封裝用環(huán)氧樹脂黃化等等,嚴重影響LED的光電參數。甚至使功率LED失效。因此,對于LED器件,降低熱阻與結溫、對發(fā)光二極管的熱特性進行研究顯得日趨重要。

如今有些供貨商為了處理這個難題,創(chuàng)造了無鋁電解電容的LED驅動電源計劃。但并不是所有的LED驅動電源供貨商都擁護這種做法。陳嶸指出:“當前量產的LED驅動電源中沒有一款是選用了無電解電容的驅動計劃,由于沒有它的話,許多試驗規(guī)范通不過,如EMI測驗和無閃爍測驗。”
而選用鋁電解電容的LED驅動電源計劃很簡單通常以上測驗, pcb抄板若是換成薄膜電容和陶瓷電容或鉭電容,情況如何呢?薄膜電容要到達一樣的電容量(通常為100-220uF),體積就會很大,并且本錢也太高,陶瓷電容通常容量太小,如用多個陶瓷電容完成這么大的容量,占板面積和本錢都太大,鉭電容要具有這么大容量,一是太貴,而是耐壓太低達不到需求,因而換成其它任何品種的電容,基本上不是體積太大,就是太貴,如為了這些缺陷換成容量較小的電容,消除紋波的作用就沒有那么好,許多出口產品所需的嚴厲認證測驗目標就無法經過,因而當前高質量的LED驅動電源仍是遍及選用鋁電解電容。

使用壽命長:LED體積小、重量輕,外殼為環(huán)氧樹脂封裝,不僅可以保護內部芯片,還具有透光聚光的能力。LED使用壽命普遍在5萬―10萬小時之間,因為LED是半導體器件,即使是頻繁的開關,也不會影響到使用壽命。當今家用照明主要使用的是白熾燈、熒光燈及節(jié)能熒光燈。

響應速度快:LED的響應頻率fτ與注入少數載流子的壽命τmc有關,如GaAs材料制成的LED,其τmc一般在1―10ns 范圍內,則響應頻率約為16―160MHz,這樣高的響應頻率對于顯示6.5MHz的視頻信號來說已經足夠了,這也是實現視頻 LED大屏幕的關鍵因素之一。
LED響應時間最低的已達1微秒,一般的多為幾個毫秒,約為普通光源響應時間的1/100。因此可用于很多高頻環(huán)境,如汽車剎車燈或狀態(tài)燈,可以縮短車后車輛的剎車時間,從而提高安全性。

隨著美國環(huán)保署于2011年10月公布新版固態(tài)照明燈具及光源產品上市規(guī)范,業(yè)界指出,備受關注的LM-80的光衰測試,預計將從2012年4月起強制實施,在新規(guī)范上路后,未來北美市場燈具廠商將優(yōu)先采購通過LM-80驗證的LED產品,對于未受驗證的臺灣LED封裝及晶粒廠,日后進軍美國市場恐將遭受阻礙。
由于LM-80的光衰驗證需經過6,000小時測試,耗時長達6~8個月,部分LED業(yè)界認為,LED產品規(guī)格及技術日新月異,在經過長達數個月后,LED照明驗證標準可能又將改變,故對此認證仍抱持存疑,不過工研= 表示,LM-80被視為進入美國市場的入場券,廠商必須出具LM-80(LED流明維持率)試驗的報告證書,才能取得能源之星標章,北美照明工程學會(IES)也已訂出LM-80的光衰減檢測標準,不僅為LED應用產品提供量測標準,也為消費者提供品質保證,將成為全球共通的檢測標準。

波長:光的色彩強弱變化,是可以通過數據來描述,這種數據叫波長。我們能見到的光的波長,范圍在380至780nm之間,單位:納米(nm)。
亮度:亮度是指物體明暗的程度,定義是單位面積的發(fā)光強度,單位:尼特(nit)。
光強:指光源的明亮程度,也即表示光源在一定方向和范圍內發(fā)出的可見光輻射強弱的物理量,單位:燭光(cd)。
光通量:光源每秒鐘所發(fā)出的可見光量之總和,單位:流明(Lm)。
光效:光源發(fā)出的光通量除以光源的功率,它是衡量光源節(jié)能的重要指標,單位:每瓦流明(Lm/w)。
顯色性:光源對物體呈現的程度,也就是顏色的逼真程度,通常叫做"顯色指數",室內顯色性通常表示為Ra,以數值表示,Ra100為日光下的顯色性。
色溫:光源發(fā)射光的顏色與黑體在某一溫度下輻射光色相同時,黑體的溫度稱為該光源的色溫,只有白光才有色溫, 單位:開爾文(k)。
線性驅動應用是一種最為簡單和最為直接的驅動應用方式。在照明級白光LED應用中,雖然存在著效率低、調節(jié)性差等問題,但是由于其電路簡單、體積小巧,能滿足一些特定的場合應用較多。
開關型驅動可以獲得良好的電流控制精度和較高的總體效率,應用方式主要分為降壓式和升壓式兩大類。降壓式開關驅動是針對電源電壓高于LED的端電壓或者是多個LED采用并聯驅動情況下的應用。升壓式開關驅動是針對電源電壓低于LED的端電壓或者是多個LED采用串聯驅動情況下的應用。
一般認為,隔離型驅動安全但效率較低,非隔離型驅動效率較高,應按實際使用的要求來選。
設計一般的基本LED驅動器照明應用相對較簡單,但是如果還需要其它功能如相位控制調光和功率因子校正(PFC),設計就變得復雜。無功率因子校正功能的非調光LED驅動器通常包含一個離線式開關電源,用于恒定電流下調節(jié)輸出。
LED驅動器的后端架構包含一個具有短路保護功能的電流調節(jié)電路??梢岳镁€性調節(jié)電路達到這一目的,然而這種方法本身效率低下,因此適用低輸出電流,通常不會應用到多級架構中去。替代方法是使用簡單的、具有電流回饋功能的降壓穩(wěn)壓器電路,以便限制了輸出電流超過期望的LED驅動電流。其抵消了總LED正向電壓隨溫度和器件容差的變化,還限制了出現短路或其它故障條件時的電流,從而能夠保護驅動器免遭損壞。
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張衍坤
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