LED驅(qū)動電源測試指標(biāo)體系及其測試方法

LED驅(qū)動電源測試指標(biāo)體系及其測試方法,以綠色5mmLED舉例說明： 電壓3.5V時，LED電流為標(biāo)準(zhǔn)值20mA，正常工作 當(dāng)電壓3.8V時，LED電流為50mA，已超過LED的正常使用標(biāo)準(zhǔn)，其壽命及光衰會大幅度惡化 當(dāng)電壓4.2V時，LED電流為110mA，LED將很快損壞。 電壓增加10，電流增加100以上,（1）LED驅(qū)動特性 Vf-I非線性關(guān)系，VfVonIRd 光通量與驅(qū)動電流成正比 微小的電流波動也會對LED的壽命與光衰產(chǎn)生極大影響 LED最好恒流驅(qū)動,1. LED驅(qū)動電源,（2）LED驅(qū)動電源的重要性 驅(qū)動電源是大功率LED燈具工作的必需部件 LED需要恒流驅(qū)動，如果驅(qū)動精度不高、性能不穩(wěn)定LED燈光衰、失效、損壞 LED 器件本身壽命高達(dá)10萬小時，但驅(qū)動電源壽命遠(yuǎn)低于10萬小時，影響整個燈具的壽命 光效是LED最主要指標(biāo)，驅(qū)動環(huán)節(jié)效率不高影響整體光效，目前驅(qū)動環(huán)節(jié)的效率一般在7090 LED驅(qū)動目前主流采用高頻開關(guān)方式，引發(fā)電磁兼容EMC問題,1. LED驅(qū)動電源,（3）LED驅(qū)動電源主要要求 恒流（或至少恒壓） 高效率 高可靠性 良好電磁兼容EMC 電氣安全性好,1. LED驅(qū)動電源,2. LED驅(qū)動電源測試相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),（1）國外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) 國外已有LED相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)18個,2. LED驅(qū)動電源測試相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),2. LED驅(qū)動電源測試相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),2. LED驅(qū)動電源測試相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),1）ENERGY STAR Program Requirements for Solid-State Lighting Luminaires Eligibility CriteriaVersion 1.1 美國能源部（DOE）能源之星, 2008.12.19最終稿 適用范圍：用于通用照明或兼有通用照明和裝飾照明、住宅或商業(yè)場合、聯(lián)結(jié)到電網(wǎng) 的SSL產(chǎn)品 不適用范圍：用于指示或純裝飾的；在現(xiàn)有裝置上改造的 涉及驅(qū)動電源的指標(biāo)： 待機(jī)功耗：0；集成有使用狀態(tài)、人員移動監(jiān)測，光控，可獨(dú)立尋址裝置的燈具不超過0.5W 保修期：3年 自動光控：功率大于13W的戶外住宅燈具需有基于光傳感器的白天自動關(guān)燈功能，手動或測試操作24H內(nèi)控制可自動恢復(fù),2. LED驅(qū)動電源測試相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),功率因數(shù)：住宅用0.7，商業(yè)用0.9 最低工作溫度：戶外用燈具的電源須20或以下 電源盒或制造商指定溫度測量點(diǎn)的最大測量溫度：不超過制造商推薦最大值 輸出工作頻率： 120Hz（含穩(wěn)態(tài)和調(diào)光） EMC：住宅用符合FCC(美聯(lián)邦通信委) 47 CFR Part 15/18 Consumer Emission Limits 商業(yè)用符合FCC 47 CFR Part 15/18 Non- consumer Emission Limits 噪聲：A聲級 瞬變保護(hù)：電源符合IEEE C.62.41-1991 A級；線路瞬變應(yīng)由2.5KV 100KHz環(huán)波 7次沖擊（含共模和差模）,2. LED驅(qū)動電源測試相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),2）ENERGY STAR Program Requirements for Integral LED Lamps Eligibility Criteria Version 1.0 美國能源部（DOE）能源之星， 2009.12.03最終稿， 2010年8月31日生效 適用范圍：非標(biāo)或用于替換標(biāo)準(zhǔn)白熾燈、裝飾燈、反射燈等的整體式LED燈（LED燈集成驅(qū)動器通過ANSI標(biāo)準(zhǔn)燈座/插座接到供電支路的ANSI標(biāo)準(zhǔn)底座）?？紤]了節(jié)能性和與原燈的相似性。 涉及驅(qū)動電源的指標(biāo)： 功率因數(shù)：5W以下和低壓燈無最低要求；5W以上 0.7 最低工作溫度：20或以下（整燈）,工作頻率： 150Hz（含穩(wěn)態(tài)和調(diào)光） EMC：整燈符合FCC47 CFR Part 15 (consumer use) 噪聲：整燈在A聲級之內(nèi) 瞬變保護(hù)：驅(qū)動電源符合IEEE C.62.41-1991 A級；線路瞬變應(yīng)由2.5KV 100Hz環(huán)波 7次沖擊（含共模和差模） 工作電壓：交流120、240、277V；或交直流12、24V 效率：只有整燈光效限制 壽命：只有整燈壽命L70（裝飾燈15000H，所有其他燈25000H） 保修期：3年,2. LED驅(qū)動電源測試相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),3）UL 8750-2009：Standard for Safety for Light Emitting Diode (LED) Equipment for Use in Lighting Products 美國ANSI/UL（Underwriters Laboratories Inc）, 覆蓋工作在400-700nm可見光譜的光源或其他照明設(shè)備的LED設(shè)備及其部件，包括LED驅(qū)動器，控制器，LED陣列，LED模塊，殼體。2009.11.18 涉及驅(qū)動電源的性能測試： 測試環(huán)境：房間，溫度，供電條件 輸入電流、功率：額定負(fù)載和額定輸入電壓下不超過110額定值 工作溫度：部件，電氣絕緣體，表面 絕緣電壓耐久測試,2. LED驅(qū)動電源測試相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),異常測試：部件故障，輸出加載 50W功率點(diǎn)測試 漏電流測試 環(huán)境測試：防濕，防水。 4）IEC62384-2006：DC or AC supplied electronic control gear for LED modules- Performance requirements 等效國標(biāo)：GB/T 24825-2009 5）IEC61347-2-13:2006：Lamp control gearPart2-13: Particular requirements for DC or AC supplied electronic control gear for LED modules 等效國標(biāo)：GB 19510.14-2009,2. LED驅(qū)動電源測試相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),（2）國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) 國內(nèi)已有LED相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)39個,2. LED驅(qū)動電源測試相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),2. LED驅(qū)動電源測試相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),2. LED驅(qū)動電源測試相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),2. LED驅(qū)動電源測試相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),1）GB/T 24825-2009: LED模塊用直流或交流電子控制裝置 性能要求 國標(biāo)，針對使用250V以下直流電源和50/60Hz 1000V以下交流電源、工作頻率不同于電源頻率的電子控制裝置，2009.12.15發(fā)布， 2010.05.01生效 涉及驅(qū)動電源的指標(biāo)： 輸出電壓電流：啟動值，工作值 線路總功率：110聲稱值 線路功率因數(shù)：與標(biāo)志值差異0.05 電源電流：與標(biāo)志/宣稱值差異10 聲頻阻抗,2. LED驅(qū)動電源測試相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),異常條件下的工作試驗(yàn)：開路，短路 耐久性：溫度循環(huán)沖擊試驗(yàn)，電源電壓開關(guān)試驗(yàn)，工作耐久性試驗(yàn) 能效等級：非隔離式，隔離式 2）GB 19510.14-2009：燈的控制裝置 第14部分：LED模塊用直流或交流電子控制裝置的特殊要求 國標(biāo)，對象類似1），2009.10.15發(fā)布，2010.12.01生效 涉及驅(qū)動電源的指標(biāo)： 防止意外接觸帶電部件的措施：絕緣/接地/接線端子 介電強(qiáng)度 爬電距離和電氣間隙 異常狀態(tài)合格性：恒壓型/恒流型，開路/過載/短路,2. LED驅(qū)動電源測試相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),3）LB/T001-2009 整體式LED 路燈測量方法 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，國家半導(dǎo)體照明工程研發(fā)及產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，針對交流50Hz/220V電源供電的并在內(nèi)置控制器（自鎮(zhèn)流）或外置控制器驅(qū)動下穩(wěn)定工作的用于道路和街路照明的整體式LED路燈 涉及驅(qū)動電源的指標(biāo)： 基本電學(xué)性能：電壓/電流/功率/功率因數(shù)/頻率(列出) EMC：無線電騷擾（GB17743），電磁兼容抗擾度（GB/T18595），輸入諧波電流,2. LED驅(qū)動電源測試相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),4）LB/T 002-2009：半導(dǎo)體照明試點(diǎn)示范工程LED道路照明產(chǎn)品技術(shù)規(guī)范 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，國家半導(dǎo)體照明工程研發(fā)及產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，針對220V50Hz交流供電的LED道路照明產(chǎn)品，2009.10.01發(fā)布，2009.11.01實(shí)施 涉及驅(qū)動電源的指標(biāo)： 功率因數(shù)：整燈0.9 防護(hù)要求：IP65 EMC：無線電騷擾（GB17743），電磁兼容抗擾度（GB/T18595），輸入諧波電流（GB17625.1）,2. LED驅(qū)動電源測試相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),3. LED驅(qū)動電源測試指標(biāo)體系,（1）輸入特性指標(biāo) 輸入電流：額定負(fù)載和額定輸入電壓下不超過110額定值 輸入功率：額定負(fù)載和額定輸入電壓下不超過110額定值 輸入電壓精確度 輸入頻率精確度 輸入電流諧波 輸入電壓諧波 功率因數(shù) 待機(jī)功耗,（2）輸出特性指標(biāo) 輸出電壓：啟動值，工作值 恒壓型恒壓特性：穩(wěn)壓系數(shù)，電網(wǎng)調(diào)整率，電壓調(diào)整率，負(fù)載調(diào)整率，精度，電壓溫度系數(shù) 輸出電流：啟動值，工作值 恒流型恒流特性：穩(wěn)流系數(shù)，電網(wǎng)調(diào)整率，電壓調(diào)整率，負(fù)載調(diào)整率，精度，電流溫度系數(shù) 工作頻率: PWM至少100Hz以上, 人眼才不會感到閃爍;一般 200Hz1KHz 效率 輸出紋波：電壓（恒壓型）/電流（恒流型）,3. LED驅(qū)動電源測試指標(biāo)體系,輸出紋波電壓/電流的原因：高頻開關(guān)方式特點(diǎn)，頻率100100KHz 紋波危害：功率損失；接地電容發(fā)熱（一般均采用電解電容, 發(fā)熱會造成容值改變, 甚至漏電解液, 造成短路, 燒PCB的狀況發(fā)生）,（3）暫態(tài)特性指標(biāo) 開機(jī)過沖幅值：電壓（恒壓型）/電流（恒流型） 開機(jī)時間 關(guān)機(jī)時間 負(fù)載突變響應(yīng)： 電壓(恒壓型)過沖幅值 電流(恒壓型)過沖幅值 響應(yīng)時間,3. LED驅(qū)動電源測試指標(biāo)體系,（4）保護(hù)特性指標(biāo) 開路：有/無，保護(hù)方式 短路：有/無，保護(hù)方式 過載：有/無，保護(hù)點(diǎn)，保護(hù)方式 過溫：有/無，保護(hù)點(diǎn)，保護(hù)方式,3. LED驅(qū)動電源測試指標(biāo)體系,（5）EMC特性指標(biāo) 1）EMI（GB17743GB 17625.1） 傳導(dǎo)發(fā)射騷擾（電壓）：電源端子，負(fù)載端子，控制端子 輻射電磁騷擾（場強(qiáng)） 諧波電流發(fā)射 2）EMS（ GB/T 18595 GB/T 17626） 射頻電磁場輻射抗擾度 工頻磁場抗擾度 電快速瞬變脈沖群抗擾度 射頻場感應(yīng)的傳導(dǎo)騷擾抗擾度 電壓暫降、短時中斷、電壓變化抗擾度 靜電放電抗擾度 浪涌抗擾度,3. LED驅(qū)動電源測試指標(biāo)體系,（6）環(huán)境適應(yīng)性指標(biāo) 工作溫度：上下限 工作濕度：上下限 存放溫度：上下限 存放濕度：上下限 防護(hù)等級：防濕，防水，防塵，防腐蝕氣體 抗振：上限振幅、頻率,3. LED驅(qū)動電源測試指標(biāo)體系,（7）電氣安全特性指標(biāo) 絕緣耐壓 絕緣電阻 接地電阻 漏電流 介電強(qiáng)度 爬電距離 電氣間隙,3. LED驅(qū)動電源測試指標(biāo)體系,（8）可靠性及其他指標(biāo) 壽命 耐久性：溫度循環(huán)沖擊次數(shù)，電源電壓開關(guān)次數(shù)，工作耐久性H 噪聲等級 保修期,3. LED驅(qū)動電源測試指標(biāo)體系,4. LED驅(qū)動電源測試方法,（1）輸出電壓特性測試方法 絕對穩(wěn)壓系數(shù)：K1=U0/Ui 25及額定負(fù)載，U0為輸出直流變化量，Ui為輸入電網(wǎng)變化量 電網(wǎng)調(diào)整率： K2=U0/U0n 25及額定負(fù)載，U0為輸入電網(wǎng)電壓由額定10%時輸出U0的變化量，U0n 為標(biāo)稱輸出電壓 電壓調(diào)整率： K3=U0/U0n 25及額定負(fù)載，U0為輸入電壓上下限時輸出電壓與標(biāo)稱輸出電壓U0n的最大偏差 負(fù)載調(diào)整率： K4=U0/U0n 25及標(biāo)稱輸入電壓，U0為額定負(fù)載下輸出電壓U0n與空載或最小負(fù)載下輸出電壓的偏差,輸出電壓精度 K5=U0/U0n 標(biāo)稱輸入電壓和額定負(fù)載下，U0為輸出電壓測量值與標(biāo)稱值U0n之間的差值 電壓溫度系數(shù) K6=U0/（U0nT） 把電源放在溫度控制箱內(nèi)，在標(biāo)稱輸入電壓和額定負(fù)載下， U0n 為25環(huán)境溫度下的輸出電壓， U0h為控制箱溫度升到最高工作溫度并穩(wěn)定1530分鐘后的輸出電壓， U0l為控制箱溫度降到最低工作溫度并穩(wěn)定1530分鐘后的輸出電壓，U0為U0h、 U0l與U0n的偏差， T為最高工作溫度、最低工作溫度與25的偏差。 K6為最高溫度下、最低溫度下分別計算出的溫度系數(shù)的大值。,4. LED驅(qū)動電源測試方法,（2）輸出電流特性測試方法 絕對恒流系數(shù)： K1=I0/Ui 25及額定負(fù)載，I0為輸出直流電流變化量，Ui為輸入電網(wǎng)變化量 電網(wǎng)調(diào)整率： K2=I0/I0n 25及額定負(fù)載，I0為輸入電網(wǎng)電壓由額定10%時輸出電流I0的變化量，I0n 為標(biāo)稱輸出電流 電壓調(diào)整率： K3=I0/I0n 25及額定負(fù)載，I0為輸入電壓上下限時輸出電流與標(biāo)稱輸出電流I0n的最大偏差 負(fù)載調(diào)整率： K4=I0/I0n 25及標(biāo)稱輸入電壓，I0為額定負(fù)載下輸出電流I0n 與空載或最小負(fù)載下輸出電流的偏差,4. LED驅(qū)動電源測試方法,輸出恒流精度 K5=I0/I0n 標(biāo)稱輸入電壓和額定負(fù)載下，I0為輸出電流測量值與標(biāo)稱值I0n之間的差值 電流溫度系數(shù) K6=I0/（I0nT） 把電源放在溫度控制箱內(nèi)，在標(biāo)稱輸入電壓和額定負(fù)載下，I0n 為25環(huán)境溫度下的輸出電流，I0h為控制箱溫度升到最高工作溫度并穩(wěn)定1530分鐘后的輸出電流，I0l為控制箱溫度降到最低工作溫度并穩(wěn)定1530分鐘后的輸出電流，I0為I0h、I0l與I0n的偏差， T為最高工作溫度、最低工作溫度與25的偏差。 K6為最高溫度下、最低溫度下分別計算出的溫度系數(shù)的大值。,4. LED驅(qū)動電源測試方法,4. LED驅(qū)動電源測試方法,（3）效率測試方法 效率 輸出功率W0/輸入功率Wi 25、標(biāo)稱輸入電壓和額定負(fù)載下 輸入功率Wi： 直流輸入時 輸入直流電壓輸入直流電流 交流輸入時 視在功率？有功功率？ 輔助電路（檢測反饋、控制、比較放大、電源芯片等）由單一輸入電源供電時 主電路輸入功率？主電路輸入功率輔助電路輸入功率？ 輔助電路由輔助電源供電時 主電源輸入功率？主電源輸入功率輔助電源輸入功率？,輸出功率W0 輸出直流電壓U輸出直流電流I ： 輔助電路由直流輸出供電時 LED負(fù)載功率？ LED負(fù)載功率輔助電路功率？ 有多種負(fù)載（顯示、指示、音頻、通信等）時 LED負(fù)載功率？ LED負(fù)載功率其他負(fù)載功率？ 有儲能設(shè)備（蓄電池等）時 ： 串行工作模式 LED負(fù)載功率？ 并行工作模式 LED負(fù)載功率？LED負(fù)載功率蓄電池輸入功率 ？,4. LED驅(qū)動電源測試方法,4. LED驅(qū)動電源測試方法,（4）空載功率測試方法 平均功率法：在某設(shè)定時間段內(nèi)的平均功率, 可設(shè)時間要大于 5min 能量累積法：在某設(shè)定時間段內(nèi)計算所累積的能量, 再除以時間以得到功率?？稍O(shè)時間要大于 5min，累積能量須大于 200倍的分辨率。 實(shí)際一般功率表都用硬件乘法器來量測功率，并非真正的平均功率，所以建議用能量累積法來量測。,5. 工程測試應(yīng)用與分析,（1）工程測試應(yīng)用 1）延安路高架LED護(hù)欄管電源 LED電源輸入特性 LED電源輸出特性 LED電源過載/短路/過溫保護(hù) LED電源恒流特性測試 高低溫環(huán)境測試,抗振特性測試,5. 工程測試應(yīng)用與分析,2）內(nèi)環(huán)漕溪路立交LED燈具電源測試 LED電源輸入特性 LED電源輸出特性 LED電源過載、短路、過溫保護(hù)功能 LED電源恒流特性測試 LED電源及燈具抗振性能測試,5. 工程測試應(yīng)用與分析,5. 工程測試應(yīng)用與分析,3）某燈具抗振性能測試 整體燈具抗振性能測試,整體燈具包裝運(yùn)輸抗振模擬測試,（2）測試總結(jié) 目前LED燈具電源性能的水平分析（依據(jù)已測試的16種LED燈具電源部分性能測試結(jié)果） 22VAC-DC,恒壓型6個38，恒流型10個62 電源輸入特性： 功率因數(shù)0.510.99 待機(jī)功耗0W14個、2.4W1個、08W跳變1個 電源輸出特性： 恒壓型：穩(wěn)壓系數(shù)0.0070.9，電壓調(diào)整率0.022%，精度00.5%，溫度系數(shù)00.1%，效率7685，輸出紋波3200mV 恒流型：穩(wěn)流系數(shù)0.1，電壓調(diào)整率0.11.5%，精度0.19.4%，溫度系數(shù)00.08%，效率7485，輸出紋波16862mV,5. 工程測試應(yīng)用與分析,5. 工程測試應(yīng)用與分析,電源過載/短路/過溫保護(hù)特性 過載保護(hù)：13無，13有；保護(hù)點(diǎn)：功率過載5190；主要方式：降電壓/電流，跳變，輸出為0 短路保護(hù)：100有；主要方式：降電壓/電流，輸出跳變，輸出為0 過溫保護(hù)：63無，37有；保護(hù)點(diǎn)：50105；主要方式：降電壓/電流，輸出為0 燈具抗振特性： 5Hz、25mm振幅峰峰值、持續(xù)40min、最大加速度12m/S2、總振動循環(huán)12000次； 2.7Hz、25mm振幅峰峰值、持續(xù)4H、最大加速度3.6m/S2、總振動循環(huán)38800次; 燈具均能正常點(diǎn)亮,可能的結(jié)溫測量方法：測量正向電壓計算結(jié)溫 限制：高質(zhì)量InGaN LED；正向電流在中間段100uA-10mA,1W白光LED在6個環(huán)境溫度下的I-V特性,1W白光LED在不同驅(qū)動電流下的V-結(jié)溫T特性,5. 工程測試應(yīng)用與分析,LED照明基礎(chǔ),什么是LED,LED的全稱Light Emitting Diode,即發(fā)光二極管，是一種半導(dǎo)體固體發(fā)光器件，它是利用固體半導(dǎo)體芯片作為發(fā)光材料，當(dāng)兩端加上正向電壓，半導(dǎo)體中的載流子發(fā)生復(fù)合引起光子發(fā)射而產(chǎn)生光。LED可以直接發(fā)出紅、黃、藍(lán)、綠、青、橙、紫、白色的光。,照明發(fā)展史,LED的發(fā)展史,1907年Henry Joseph Round第一次觀察到場致發(fā)光現(xiàn)象。 1936年George Destiau第一場使用場致發(fā)光這個術(shù)語。 60年代初，試驗(yàn)中，LED需要置放在液化氮中 第一個商業(yè)LED僅僅只能發(fā)出不可見的紅外線，但是迅速應(yīng)用于感光與光電領(lǐng)域。 60年代末，在砷化鎵基體上使用磷化物發(fā)明了第一個可見的紅光LED 70年代中，采用雙層磷化稼能夠發(fā)出黃色光。 70年代末，LED出現(xiàn)綠色光。 90年代中，LED最終出現(xiàn)藍(lán)色光。 90年代末白光的LED開發(fā)成功 目前LED已經(jīng)可以發(fā)出紫外光。 除此以外，LED的光通量也在與日俱增，最新的實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)是186lm/W,LED發(fā)展計劃,LED發(fā)展計劃,美國LED行業(yè)的預(yù)測,LED發(fā)展計劃,世界各國政府LED發(fā)展計劃,LED優(yōu)點(diǎn),高光效 高節(jié)能 光源方向性好 光色多 安全性高 環(huán)保 壽命長 光源快速響應(yīng) 燈具結(jié)構(gòu)合理 運(yùn)行成本低,LED優(yōu)點(diǎn),LED同幾種光源的比較,LED光源在性能方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于其他光源！,LED同幾種光源的比較,LED分類,LED按照發(fā)光顏色分類 紅光 橙光 綠光 藍(lán)光 白光,紅光 橙光 綠光 藍(lán)光 統(tǒng)稱為色光，主要應(yīng)用在指示或裝飾方面 白光又可細(xì)分為暖白 中性白 冷白。 白光是我們照明行業(yè)主要用到的光源。,白光LED產(chǎn)生-單芯片,InGaN(藍(lán))/YAG熒光粉 這是一種目前較為成熟的產(chǎn)品。這些產(chǎn)品采用芯片倒裝結(jié)構(gòu),提高發(fā)光效率和散熱效果。熒光粉涂覆工藝的改進(jìn),可將色均勻性提高10倍。實(shí)驗(yàn)證明,電流和溫度的增加使LED光譜有些藍(lán)移和紅移,但對熒光光譜影響并不大。壽命實(shí)驗(yàn)結(jié)果也較好 。 InGaN(藍(lán))/紅熒光粉+綠熒光粉 色溫可達(dá)到3000K-6000K, Ra達(dá)到82-87, 。 InGaN(紫外)/(紅+綠+藍(lán))熒光粉 此類白光LED,其Ra大于等于90, 但發(fā)光效率還不夠理想,白光LED產(chǎn)生-單芯片,白光LED產(chǎn)生-單芯片,白光LED產(chǎn)生-雙芯片,雙芯片可由藍(lán) LED+黃LED、藍(lán)LED+黃綠LED以及藍(lán)綠LED+黃LED制成,此種器件成本比較便宜,但由于是兩種顏色LED形成的白光,顯色性較差,只能在顯色性要求不高的場合使用。,白光LED產(chǎn)生-多芯片,(藍(lán)色+綠色+紅色)LED 這種通過RGB方法合成白光這種方法主要的問題是綠光的轉(zhuǎn)換效率底，所以總體的效率不高。同時三種顏色的LED的正向電壓和光輸出不同，兩外它們的溫度特性和光維持特性也不相同，因而對電路的要求也比較高。,白光LED產(chǎn)生-多芯片,LED常用詞匯總結(jié),1.光通量：發(fā)光體每秒鐘所發(fā)出的光量的總和。單位：流明（Lm），表示發(fā)光體發(fā)光的多少，發(fā)光愈多流明數(shù)愈大。 2.光 強(qiáng)I：發(fā)光體在特定方向單位立體角內(nèi)所發(fā)射的光通量。單位：坎德拉（cd）。 3.照 度E：發(fā)光體照射在被照物體單位面積上的光通量。單位：勒克斯（Lux）=流明Lm/面積m2。 4.亮 度L：發(fā)光體在特定方向單位立體角單位面積內(nèi)的光通量。單位：尼脫（mcd）。 5.光 效：電光源將電能轉(zhuǎn)化為光的能力，以發(fā)出的光通量除以耗電量來表示。單位：每瓦流明（Lm/w）。 6.平均壽命：指一批燈至50%的數(shù)量損壞時的小時數(shù)。單位：小時（h）。,LED常用詞匯總結(jié),7.經(jīng)濟(jì)壽命：在同時考慮燈泡的損壞以及光束輸出衰減的狀況下，其綜合光束輸出減至特定的小時數(shù)。室外的光源為70%，室內(nèi)的光源為80%。 8.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。光源色溫不同，光色也不同，色溫在3000k以下有溫暖的感覺，達(dá)到穩(wěn)重的氣氛；色溫在3000k-5000k為中間色溫，有爽快的感覺；色溫在5000k以上有冷的感覺。單位：K。 9.顯色性：光源的顯色性是由顯色指數(shù)來表明，它表示物體在光下顏色比基準(zhǔn)光（太陽能）照明時顏色的偏離能較全面反映光源的顏色特性。要正確表現(xiàn)物體本來的顏色需使用顯色指數(shù)高的光源。單位：Ra。 10.眩光：視野內(nèi)有亮度極高的物體或強(qiáng)烈的亮度對比，則可以造成視覺不舒適稱為眩光，眩光是影響照明質(zhì)量的重要因素。,LED特性,LED的電學(xué)特性 LED的光學(xué)特性 LED的熱特性,LED電特性,LED是一個由半導(dǎo)體無機(jī)材料構(gòu)成的單極性PN結(jié)二極管，它是半導(dǎo)體PN結(jié)二極管中的一種，其電壓-電流之間的關(guān)系稱為伏安特性。 LED電特性參數(shù)包括正向電流、正向電壓、反向電流和反向電壓，LED必須在合適的電流電壓驅(qū)動下才能正常工作。 通過LED電特性的測試可以獲得LED的最大允許正向電壓、正向電流及反向電壓、電流，此外也可以測定LED的最佳工作電功率。,LED電特性,I-V特性是LED芯片性能主要參數(shù)。 I-V特性具有非線性、整流性質(zhì)：單向?qū)щ娦裕赐饧诱珘?表現(xiàn)低接觸電阻，反之為高接觸電阻。 （1）正向死區(qū) （2）正向工作區(qū) （3）反向死區(qū) 。 （4）反向擊穿區(qū),LED電特性,C-V特性 LED的芯片pn結(jié)面積大小不一，使其結(jié)電容也不一 C-V特性 呈現(xiàn)二次函數(shù)關(guān)系是電容與電壓的關(guān)系 最大允許功耗PF m 響應(yīng)時間 是LED點(diǎn)亮與熄滅所延遲的時間。 響應(yīng)時間 主要取決于載流子壽命、器件的結(jié)電容及電路阻抗。 LED點(diǎn)亮?xí)r間指接通電源使發(fā)光亮度達(dá)到正常的10%開始，一直到發(fā)光亮度達(dá)到正常值的90%所經(jīng)歷的時間。 LED 熄滅時間指正常發(fā)光減弱至原來的10%所經(jīng)歷的時間。 不同材料制得的LED響應(yīng)時間各不相同,LED光特性,發(fā)光強(qiáng)度 是表征發(fā)光器件發(fā)光強(qiáng)弱的重要性能。LED大量應(yīng)用要求是圓柱、圓球封裝，由于凸透鏡的作用，故都具有很強(qiáng)指向性：位于法向方向光強(qiáng)最大，其與水平面交角為90。當(dāng)偏離正法向不同角度，光強(qiáng)也隨之變化。 發(fā)光強(qiáng)度隨著不同封裝形狀而強(qiáng)度依賴角方向。 發(fā)光強(qiáng)度的角分布是描述LED發(fā)光在空間各個方向上光強(qiáng)分布。它主要取決于封裝的工藝，透鏡的材料，透鏡的曲率，芯片周圍的反光杯。,LED光特性,LED光特性,發(fā)光峰值波長及其光譜分布 LED的光譜特性參數(shù)主要包括峰值發(fā)射波長、光譜輻射帶寬和光譜功率分布等。單色LED的光譜為單一波峰，特性以峰值波長和帶寬表示，而白光LED的光譜由多種單色光譜合成。 LED的光譜特性都可由光譜功率分布表示，而由LED的光譜功率分布還可計算得到色度參數(shù)。 LED發(fā)光強(qiáng)度或光功率輸出隨著波長變化而不同，繪成一條分布曲線光譜分布曲線。當(dāng)此曲線確定之后，器件的有關(guān)主波長、純度等相關(guān)色度學(xué)參數(shù)亦隨之而定。 LED的光譜分布與制備所用化合物半導(dǎo)體種類、性質(zhì)及pn結(jié)結(jié)構(gòu)（外延層厚度、摻雜雜質(zhì)）等有關(guān)，而與器件的幾何形狀、封裝方式無關(guān)。,LED光特性,發(fā)光峰值波長及其光譜分布 如圖 1藍(lán)光InGaN/GaN 發(fā)光譜峰p = 460465nm 2 綠光 GaP:N 發(fā)光譜峰p = 550nm 3 紅光 GaP:Zn-O 發(fā)光譜峰p = 680700nm 4 紅外GaAs 發(fā)光譜峰p = 910nm 5 Si光敏光電管 通常作光電接收用 6 標(biāo)準(zhǔn)鎢絲燈,LED光特性,峰值波長：無論什么材料制成的LED，都有一個相對光強(qiáng)度最強(qiáng)處（光輸出最大），與之相對應(yīng)有一個波長，此波長叫峰值波長，用p表示。只有單色光才有p波長。 譜線寬度：在LED譜線的峰值兩側(cè)處，存在兩個光強(qiáng)等于峰值（最大光強(qiáng)度）一半的點(diǎn)，此兩點(diǎn)分別對應(yīng)p-，p+之間寬度叫譜線寬度，也稱半功率寬度或半高寬度。 主波長：有的LED發(fā)光不單是單一色，即不僅有一個峰值波長；甚至有多個峰值，并非單色光。為此描述LED色度特性而引入主波長。主波長就是人眼所能觀察到的，由LED發(fā)出主要單色光的波長。單色性越好，則p也就是主波長。如GaP材料可發(fā)出多個峰值波長，而主波長只有一個，它會隨著LED長期工作，結(jié)溫升高而主波長偏向長波。,LED的光學(xué)特性中心波長 峰值波長 質(zhì)心波長,LED光特性,光通量是表征LED總光輸出的輻射能量，它標(biāo)志器件的性能優(yōu)劣。 光通量為LED向各個方向發(fā)光的能量之和，它與工作電流直接有關(guān)。 隨著電流增加，LED光通量隨之增大。可見光LED的光通量單位為流明（lm）。 LED向外輻射的功率光通量與芯片材料、封裝工藝水平及外加恒流源大小有關(guān)。,總光通量的測量積分球法,積分球法 使用積分球?qū)⑹筁ED總 通量的測量更加簡單。 帶有兩個入射孔和一個 于探測器的出射孔 的積分 測量可對待測LED的自吸 進(jìn)行修正。,LED光特性,發(fā)光效率 LED效率有兩種 內(nèi)部效率：pn結(jié)附近由電能轉(zhuǎn)化成光能的效率。內(nèi)部效率只用來分析和評價芯片優(yōu)劣的特性 外部效率：輻射到外部的效率。 發(fā)光效率：輻射出光能量（發(fā)光量）與輸入電能之比量子效率 =發(fā)射的光子數(shù)/pn結(jié)載流子數(shù) 流明效率：LED的光通量/外加耗電功率 流明效率是評價具有外封裝LED特性，LED的流明效率高指在同樣外加電流下輻射可見光的能量較大，故也叫可見光發(fā)光效率。 理論計算中，最大的流明下來率為628lm/W。同此相比，LED未來的發(fā)展前景很廣闊。,LED光特性,幾種常見色光的效率對比,LED光特性,品質(zhì)優(yōu)良的LED要求向外輻射的光能量大，向外發(fā)出的光盡可能多，即外部效率要高 . LED向外發(fā)光僅是內(nèi)部發(fā)光的一部分，總的發(fā)光效率應(yīng)為=ice ， i向?yàn)閜、n結(jié)區(qū)少子注入效率 c為在勢壘區(qū)少子與多子復(fù)合效率 e為外部出光（光取出效率）效率。,LED光特性,由于LED材料折射率很高i3.6。當(dāng)芯片發(fā)出光在晶體材料與空氣界面時（無環(huán)氧封裝）若垂直入射，被空氣反射，反射率為（n1-1）2/（n1+1）2=0.32，反射出的占32%，鑒于晶體本身對光有相當(dāng)一部分的吸收，于是大大降低了外部出光效率。,LED光特性,如何提高外部出光效率e？ 1.用折射率較高的透明材料覆蓋在芯片表面 2.把芯片晶體表面加工成半球形 3.用Eg大的化合物半導(dǎo)體作襯底以減少晶體內(nèi)光吸收。有人曾經(jīng)用n=2.42.6的低熔點(diǎn)玻璃成分As-S(Se)-Br(I)且熱塑性大的作封帽，可使紅外GaAs、GaAsP、GaAlAs的LED效率提高46倍。,LED光特性,發(fā)光亮度 亮度是LED發(fā)光性能又一重要參數(shù)，具有很強(qiáng)方向性。其正法線方向的亮度，指定某方向上發(fā)光體表面亮度等于發(fā)光體表面上單位投射面積在單位立體角內(nèi)所輻射的光通量，單位為cd/m2 或Nit。 LED亮度與外加電流密度有關(guān)，電流密度增加發(fā)光亮度也近似增大。 LED亮度還與環(huán)境溫度有關(guān)，環(huán)境溫度升高，復(fù)合效率下降，發(fā)光亮度減小。當(dāng)環(huán)境溫度不變，電流增大足以引起pn結(jié)結(jié)溫升高，溫升后，亮度呈飽和狀態(tài)。,LED光特性,老化：LED發(fā)光亮度隨