LED照明系統(tǒng)工作原理及電路設計

1、 天津電子信息職業(yè)技術學院畢 業(yè) 設 計課題名稱 LED照明驅(qū)動電路設計 姓 名 學 號 8 班 級 通信S09-1 專 業(yè) 通信技術 所 在 系 電子技術系 指導教師 完成日期 2011.12.05 天津電子信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）任務書課題名稱： LED照明驅(qū)動電路設計完成期限：2011年10月31日至2011年12月5日姓 名 指導教師 專 業(yè) 通信技術 職 稱 副教授 所在系 電子技術 系 主 任 接受任務日期 2011.10.31 批準日期 一、 原始依據(jù)（資料）：隨著人類的進步，照明經(jīng)歷了火焰照明，白熾燈照明，熒光燈類照明，LED照明。LED照明作為新一代照明受到了廣泛的關

2、注。LED是近些年出現(xiàn)的固體光源，隨LED制造工藝不斷進步和新材料的開發(fā)應用，白光LED光源不斷完善，已進入試用階段。LED照明較其他照明比較，具有壽長，節(jié)能高效，易控制，不污染環(huán)境，LED照明普及推廣時照明發(fā)展的必然趨勢，將對人類生活做出較大貢獻。二、設計（論文）內(nèi)容和要求：設計內(nèi)容：1. LED發(fā)展史及LED應用現(xiàn)狀，并與其他照明比較。2. LED結(jié)構(gòu)和工作原理。3. LED光學特性，電學特性，熱學特性等性能參數(shù)。4. LED照明系統(tǒng)工作原理。5. LED照明電路設計。6. LED照明應用。設計要求：1. AC220V供電。2. 效率90。3. 采用新型LED驅(qū)動集成電路。4. 電路設計合

3、理，可靠性高。5. 參照并符合國家的相關標準。三、建議查閱的技術資料：LED制造技術與應用 陳元燈 電子工業(yè)出版社半導體照明技術 方志烈 電子工業(yè)出版社LED驅(qū)動電路設計實例 周志敏，紀愛華 電子工業(yè)出版社LED照明設計應用 李農(nóng)，楊燕 科學出版社天津電子信息職業(yè)技術學院 頁號（1）畢業(yè)設計（論文）進度計劃表序號起止日期計劃完成內(nèi)容實際完成內(nèi)容檢查日期檢查人簽字12011.10.31-2011.11.10熟練掌握畢業(yè)設計要求，熟悉設計課題的內(nèi)容、要求與指標，查閱相關資料，結(jié)合任務書，撰寫開題報告。按時完成22011.11-2011.11.21確定設計方案，進行方案論證，并列出具體元器件表。使用

4、軟件仿真調(diào)試、并繪制印刷電路板。按時完成32011.11.21-2011.11.28分組按設計方案進行電路的組裝按時完成42011.11.28-2011.12.25進行整體電路的焊接調(diào)試。按時完成52011.12.26-2012.1.8撰寫畢業(yè)設計論文，準備答辯資料。按時完成67系畢業(yè)設計（論文）領導小組審閱意見：系主任簽字：年 月 日天津電子信息職業(yè)技術學院 頁號（2）畢業(yè)設計（論文）開題報告畢業(yè)設計（論文）題目LED照明驅(qū)動電路設計學生姓名暴瑞虎系別電子技術專業(yè)、班級通信S09-1指導教師齊連運職稱副教授工作單位天津電子信息職業(yè)技術學院指導教師職稱工作單位實踐地點天津電子信息職業(yè)技術學院交

5、表日期2011.12.5畢業(yè)設計(論文)開題報告內(nèi)容要求：課題的意義、現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。課題的研究內(nèi)容、研究方法、研究手段、研究步驟。課題所需的參考書目等。課題意義：我國LED產(chǎn)業(yè)起步于1970年代，90年代后期高亮度LED產(chǎn)業(yè)得到迅速發(fā)展。2003年科技部啟動國家半導體照明工程，同時推動國家半導體照明產(chǎn)業(yè)化基地的建設，共建成大連光產(chǎn)業(yè)園、上海張江高科技園、南昌聯(lián)創(chuàng)光電科技園、廈門開元科技園、北京亦莊經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)和深圳光明高新區(qū)六個產(chǎn)業(yè)基地。我國現(xiàn)有LED企業(yè)600余家，企業(yè)主要集中在下游封裝和應用領域，國內(nèi)從事LED上游外延片和中游芯片的企業(yè)大約在10余家。2005年中國半導體照明LED銷量

6、達11.7億個，同比增長49%，其中在汽車用和室內(nèi)LED燈飾市場出現(xiàn)了快速增長的勢頭，分別增長了53%和133%。交通指示燈和景觀照明是我國半導體照明最主要的兩個應用領域，這使得紅光LED成為我國銷量最大的產(chǎn)品。而LED在汽車應用中逐漸由內(nèi)飾、第三剎車燈轉(zhuǎn)向霧燈、車大燈的應用，使得白光LED增長速度最快，達到112%。我國LED產(chǎn)業(yè)的整體技術實力不強，仍處于起步階段，企業(yè)規(guī)模普通偏小。但LED產(chǎn)業(yè)已經(jīng)引起了國家的高度重視，國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要將半導體照明產(chǎn)品明確列為重點領域及其優(yōu)先主題，提出重點研究高效節(jié)能、長壽命的半導體照明產(chǎn)品。國家發(fā)展改革委業(yè)已啟動了十大重點節(jié)能工程，提出十一

7、五期間將實現(xiàn)節(jié)約2.4億噸標準煤的節(jié)能目標，其中綠色照明是重要一個方面。在整個照明領域，我國是世界照明電器第一大生產(chǎn)國、第二大出口國，半導體照明產(chǎn)業(yè)有很強的產(chǎn)業(yè)基礎，因此未來我國LED將面臨巨大的發(fā)展機遇。天津電子信息職業(yè)技術學院 頁號（1）課題研究：當前全球能源短缺的憂慮再度升高的背景下，節(jié)約能源是我們未來面臨的重要的問題，在照明領域，LED發(fā)光產(chǎn)品的應用正吸引著世人的目光，LED作為一種新型的綠色光源產(chǎn)品，必然是未來發(fā)展的趨勢，二十一世紀將進入以LED為代表的新型照明光源時代。 中國LED產(chǎn)業(yè)起步于20世紀70年代。經(jīng)過30多年的發(fā)展，中國LED產(chǎn)業(yè)已初步形成了包括LED外延片的生產(chǎn)、LE

8、D芯片的制備、LED芯片的封裝以及LED產(chǎn)品應用在內(nèi)的較為完整的產(chǎn)業(yè)鏈。目前，中國半導體照明產(chǎn)業(yè)發(fā)展向好，外延芯片企業(yè)的發(fā)展尤其迅速、封裝企業(yè)規(guī)模繼續(xù)保持較快增長、照明應用取得較大進展。2007年中國LED應用產(chǎn)品產(chǎn)值已超過300億元，已成為LED全彩顯示屏、太陽能LED、景觀照明等應用產(chǎn)品世界最大的生產(chǎn)和出口國，新興的半導體照明產(chǎn)業(yè)正在形成。參考書目：1周志敏，紀愛華 LED驅(qū)動電路設計實例M 電子工業(yè)出版社 2008.82李農(nóng)，楊燕 LED照明設計與應用M 科學出版社 2009.103 方志烈 半導體照明技術M 電子工業(yè)出版社 2009.54 李春茂 LED結(jié)構(gòu)原理與應用技術M 機械工業(yè)出

9、版社 2010.11.15 陳元燈 LED制造技術與應用M 電子工業(yè)出版社 2007.7指導教師審核意見：簽字：年 月 日系畢業(yè)設計（論文）領導小組審閱意見：系主任簽字：年 月 日天津電子信息職業(yè)技術學院 頁號（2）畢 業(yè) 設 計（論 文）系別電子技術系專業(yè)班級通信S09-1姓名班級學號8畢業(yè)設計（論文）題目：LED照明驅(qū)動電路設計畢業(yè)設計（論文）評語： 指導教師簽字： 年 月 日畢業(yè)設計（論文）總評成績：系主任簽字：年 月 日天津電子信息職業(yè)技術學院教務處LED照明驅(qū)動電路設計摘要發(fā)光二極管（Light Emitting Diode,LED）是21世紀最具發(fā)展前景的一種新型固態(tài)光源。LED的

10、迅速發(fā)展及廣泛應用，將引發(fā)照明領域的一場革命。 LED具有環(huán)保性好，使用壽命長，單色性好，色彩鮮艷豐富，體積小，重量輕，響應速度快，發(fā)光效率高，能量消耗低等優(yōu)點。目前，LED在景觀照明等一些應用中大多利用交流市電電源供電。LED的發(fā)展和應用的目標是取代白熾燈等傳統(tǒng)光源，LED應用照明領域的能源仍然主要來自于電網(wǎng)。我國的市電電源是220V/50HZ,國際通用交流線路為85265V,50/60HZ。由于LED要求在直流低電壓下工作，采用市電電源供電，則需要通過適當?shù)碾娐吠負?，也就是LED驅(qū)動電路將其轉(zhuǎn)換為符合LED工作要求的直流電源?，F(xiàn)在設計驅(qū)動電路的一般思路是先將220V的高壓電通過一個變壓器，

11、使其變成低電壓的交流電。在通過一個橋式整流電路，把交流電轉(zhuǎn)換成直流電。在整流橋后并上兩電容，一個是平滑電容，濾除剩余的交流電，一個是高頻旁路電容，濾除高頻分量。這樣就留下所需的低壓直流電。后面可根據(jù)設計的需要，連上不同的芯片，實現(xiàn)所需要的功能。如恒壓，恒流，反饋，溫度補償?shù)取?關鍵詞：發(fā)光二級管；照明；直流電；低電壓；驅(qū)動電路目錄緒論1一、LED發(fā)展前景及應用11.發(fā)展現(xiàn)狀12.應用領域2（1）信號指示應用2（2）顯示應用:2（3）照明應用:2二、LED的發(fā)光原理，基本結(jié)構(gòu)及特性31.LED的發(fā)光原理及基本結(jié)構(gòu)32.LED的伏安特性33.LED的光學特性54.LED的熱學特性75.電的特性76

12、.LED照明優(yōu)勢87極限參數(shù)的意義8三、常用的LED驅(qū)動電路91.傳統(tǒng)LED驅(qū)動電路介紹92.電容降壓LED驅(qū)動電路介紹103.我的LED驅(qū)動電路設計12引腳功能描述14電路原理描述154.我的LED燈泡155.LED的性能分析16四、LED照明應用161.LED景觀照明162.LED汽車燈飾173.LED驅(qū)動電源18五、心得體會18六、謝辭19七、參考文獻19緒論發(fā)展半導體照明產(chǎn)業(yè)具有重大的戰(zhàn)略意義，其具體如下：1，節(jié)約能源，推動環(huán)保。本亞泰中研信息咨詢有限公司的報告針對世界能源危機，照明節(jié)能是實現(xiàn)國家節(jié)能的有效途徑。我國是僅次于美國的第二發(fā)電大國，在我國2004年發(fā)電量2.19萬億度中約有

13、12%用于照明，到2010年照明用電將達到3500億度。專家預測，2015年后，我國半導體照明年節(jié)電將超過三峽電站全年的發(fā)電量。我國的電力生產(chǎn)80%為火力發(fā)電，燃燒大量的原煤和石油，產(chǎn)生大量的粉塵和二氧化碳、二氧化硫等氣體，環(huán)境污染嚴重，通過半導體照明的應用可以減少電力使用及少污染物的排放;同時，半導體照明本身易于回收，沒有汞等有害污染問題。2，提升傳統(tǒng)照明產(chǎn)業(yè)，帶動相關產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型。中國是世界照明電器生產(chǎn)和出口大國，2003年產(chǎn)值超過1000億元，出口創(chuàng)匯54億美元。但我國照明工業(yè)大而不強，主要做低端產(chǎn)品，利潤率低，缺乏國際市場競爭力。通過半導體照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，可以提升我國照明產(chǎn)品的技術含量和附

14、加值，提高國際市場競爭力。半導體照明已廣泛應用于景觀裝飾照明、背光源、大屏幕顯示、交通信號、汽車等各類運輸工具照明、軍用照明及旅游、輕工產(chǎn)品等特殊照明領域。將繼續(xù)帶動信息顯示、汽車產(chǎn)業(yè)、家電產(chǎn)業(yè)、建筑行業(yè)、輕工行業(yè)的產(chǎn)品升級。專家預測，我國在2005至2015年間，半導體白光照明將累計創(chuàng)造1500億元產(chǎn)值。3，增加就業(yè)機會，為國防現(xiàn)代化做貢獻。半導體照明產(chǎn)業(yè)具有技術密集和勞動密集型雙重特點，非常適合我國的國情，可以充分發(fā)揮我國勞動力資源優(yōu)勢。專家預測，我國在2005-2015年期間，半導體照明將解決100萬人口就業(yè)。半導體照明由于具有體積小、壽命長、效率高、低電壓、使用安全、節(jié)能等優(yōu)點，已被各

15、國首先用于國防、軍事用途。在我國，利用固態(tài)照明燈具優(yōu)勢的潛力很大，可使國防的所有裝備長備不懈，所有的指揮所徹夜長明，保證我國強大的國防力量。 一、LED發(fā)展前景及應用1.發(fā)展現(xiàn)狀當前全球能源短缺的憂慮再度升高的背景下，節(jié)約能源是我們未來面臨的重要的問題，在照明領域，LED發(fā)光產(chǎn)品的應用正吸引著世人的目光，LED作為一種新型的綠色光源產(chǎn)品，必然是未來發(fā)展的趨勢，二十一世紀將進入以LED為代表的新型照明光源時代。 中國LED產(chǎn)業(yè)起步于20世紀70年代。經(jīng)過30多年的發(fā)展，中國LED產(chǎn)業(yè)已初步形成了包括LED外延片的生產(chǎn)、LED芯片的制備、LED芯片的封裝以及LED產(chǎn)品應用在內(nèi)的較為完整的產(chǎn)業(yè)鏈，中

16、國發(fā)展得比較快的LED企業(yè)很多：雷士照明、長方照明、華威凱德。在“國家半導體照明工程”的推動下，形成了上海、大連、南昌、廈門、深圳和石家莊七個國家半導體照明工程產(chǎn)業(yè)化基地。長三角、珠三角、閩三角以及北方地區(qū)則成為中國LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展的聚集地。 目前，中國半導體照明產(chǎn)業(yè)發(fā)展向好，外延芯片企業(yè)的發(fā)展尤其迅速、封裝企業(yè)規(guī)模繼續(xù)保持較快增長、照明應用取得較大進展。2007年中國LED應用產(chǎn)品產(chǎn)值已超過300億元，已成為LED全彩顯示屏、太陽能LED、景觀照明等應用產(chǎn)品世界最大的生產(chǎn)和出口國，新興的半導體照明產(chǎn)業(yè)正在形成。國內(nèi)在照明領域已經(jīng)形成一定特色，其中戶外照明發(fā)展最快，已有上百家LED路燈企業(yè)并建設

17、了幾十條示范道路，但在室內(nèi)通用照明市場方面仍顯落后。 2008年北京奧運會對LED照明的集中展示讓人們對LED有了全新的認識，有力推動了中國半導體照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。當前中國半導體產(chǎn)業(yè)產(chǎn)業(yè)大而不強，核心競爭力仍有待于進一步提升。對國內(nèi)企業(yè)而言，壯大規(guī)模、提高產(chǎn)品質(zhì)量與技術水平是首要任務，提高未來取得大廠專利授權時的要價能力，或逐步通過研發(fā)突破核心專利。2.應用領域（1）信號指示應用:信號照明是LED單色光應用比較廣泛也是比較早的一個領域，約占LED應用市場的4%左右。 （2）顯示應用:指示牌、廣告牌、大屏幕顯示等，LED用于顯示屏幕的應用約占LED應用的20%25%，顯示屏幕可分為單色和彩色。 （

18、3）照明應用: 便攜燈具:手電筒、頭燈、礦工燈、潛水燈等； 汽車用燈:高位剎車燈、剎車燈、轉(zhuǎn)向燈、倒車燈等，大功率的LED已被大量用于汽車照明中。 特殊照明:太陽能庭院燈、太陽能路燈、水底燈等；由于LED尺寸小，便于動態(tài)的亮度和顏色控制，因此比較適合用于建筑裝飾照明。 背光照明:普通電子設備功能顯示背光源、筆記本電腦背光源、大尺寸超大尺寸LCD顯示器背光源等，LED作為手機顯示的背光源是LED應用最廣泛的領域。 投影光源:投影儀用RGB光源； 普通照明:各類通用照明燈具、照明光源等； 驅(qū)動方案一般來說有兩種: 線性驅(qū)動和開關型驅(qū)動。二、LED的發(fā)光原理，基本結(jié)構(gòu)及特性1.LED的發(fā)光原理及基本

19、結(jié)構(gòu)50年前人們已經(jīng)了解半導體材料可產(chǎn)生光線的基本知識，第一個商用二極管產(chǎn)生于1960年。LED是英文light emitting diode（發(fā)光二極管）的縮寫，它的基本結(jié)構(gòu)是一塊電致發(fā)光的半導體材料，置于一個有引線的架子上，然后四周用環(huán)氧樹脂密。LED結(jié)構(gòu)圖如下圖所示 圖2-1發(fā)光二極管的構(gòu)造圖發(fā)光二極管的核心部分是由p型半導體和n型半導體組成的晶片，在p型半導體和n型半導體之間有一個過渡層，稱為p-n結(jié)。在某些半導體材料的PN結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復合時會把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。PN結(jié)加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。這種利用注入式電

20、致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱LED。當它處于正向工作狀態(tài)時（即兩端加上正向電壓），電流從LED陽極流向陰極時，半導體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強弱與電流有關。2.LED的伏安特性LED的伏安特性是流過PN結(jié)的電流隨施加到PN結(jié)兩端上的電壓變化的特性，它是衡量PN結(jié)性能的主要參數(shù)，是PN結(jié)制作得優(yōu)劣的重要標志。完整的LED伏安特性包含正向和反向特性兩個方面。與普通整流二極管一樣，LED同樣具有單向?qū)щ娦院头蔷€性特性。LED的伏安特性曲線可以劃分為正向特性， 反向特性和反向擊穿區(qū)三個區(qū)。正向特性區(qū)，在LED兩端加以正向電壓，就產(chǎn)生正向電流。但是，當這個電壓比較小的時候，

21、由于外部電場還不足以克服內(nèi)部電場對載流子擴散運動所造成的阻力，因此，當LED的電流很小，LED呈現(xiàn)的電阻較大。當LED兩端的電壓超過一定數(shù)值（這個數(shù)值通常稱為死區(qū)電壓）以后，內(nèi)部電場被大大削弱，LED的電阻變得很小，電流于是增長得很快。反向特性區(qū)，當LED外加反向電壓時，由于P型半導體中還存在著少數(shù)自由電子，在N型半導體中也還存在著少數(shù)空穴，這些少數(shù)載流子在反向電壓作用下很容易通過PN結(jié)，因此形成反向電流。反向電流有兩個特點。第一個特點是它隨溫度升高增長得很快，第二是只要外加的反向電壓在一定范圍內(nèi)，反向電流不隨反向電壓變化，在這種情況下的反向電流被稱為反向飽和電流。反向電流是LED的一個重要參

22、數(shù)。反向電流越小，說明LED單向?qū)щ娦阅茉胶?。反向擊穿區(qū)，當LED的反向電壓增加到一定數(shù)值后，反向電流急劇增大，出現(xiàn)反向擊穿現(xiàn)象，這個電壓叫做反向擊穿電壓。由于LED所用的材料種類不同，反向擊穿電壓也不一樣。圖2-2 LED的伏安特性曲線3.LED的光學特性作為照明用的電光源的光譜引進應盡可能的與太陽光的光譜相接近。一般的評判方法是評判光源與白光的接近程度，即顯色性。圖2-3在海平面上的太陽的可見光光譜可以看到這個光譜與6500K的黑體輻射的光譜基本相同，其差異部分是太陽光給太陽上的化學元素吸收以及經(jīng)過大氣層時被吸收掉的部分。 要想讓LED發(fā)出的光譜能夠與太陽光相近，需要利用三基色原理將紅、綠

23、、藍三種光通過合適的比例混合成“白光”。 一般的白光LED的實現(xiàn)方法是在藍色LED表面涂黃色熒光粉來獲得所謂的白光，這種白光LED的光譜特性如圖2-4.圖2-4白光LED光譜 很明顯，這種“白光”LED帶有強烈的令人討厭的藍光，因此在實際應用時可能會感到不適。因此也可以利用紅、綠、藍三種顏色的LED組和獲得白光LED。圖2-5利用紅、綠、藍三種顏色的LED組和獲得白光LED 很顯然，如圖2-5的顯色性優(yōu)于圖2-4的顯色性，但使用三種單色LED組合成圖2-3的光譜特性相對利用藍光LED附加熒光粉的方法要復雜的多，而且一旦工作條件稍有改變，其光譜特性就會隨之改變。不同色溫的LED的光譜特性也不相同

24、，圖2-6為CREE公司的不同色溫白光LED的光譜特性。圖2-6 CREE公司的不同色溫白光LED的光譜特性與白熾燈和熒光燈相比，1顆LED發(fā)出的光比較少，所以需要使用多顆LED。同時，由于LED的發(fā)光面積小，亮度高，人眼直視的話很容易眩暈。為了降低亮度，需要使用擴散板。但是，使用擴散板的話，光向各個方向發(fā)散，降低了光的效率。 LED、白熾燈、熒光燈的配光分布各不相同。所謂配光分布是指光源的方向以及各方向的發(fā)光強度。即使是相同光束的光源，如果配光分布不同，照度分布也會不同。有時也會出現(xiàn)本來想要照射的地方照度減小，其余部分反而照度增加的情況。 要減少光的浪費，控制配光分布，需要使用透鏡和反光鏡。

25、LED本身就具有發(fā)光面積小、光的放射范圍在半球內(nèi)、配光分布旋轉(zhuǎn)對稱等優(yōu)點，再加上透鏡和反光鏡，就能構(gòu)成一個好的光源。 其他在光源屬性中，還有光譜。LED的發(fā)光光譜集中在特定波長的一個很窄的范圍，不放射紅外線。因此，在不想使照射物變熱的時候，使用LED較好。但是，LED自身會發(fā)熱，所以需要注意防止其導熱。另外還需要注意，熒光粉類型的LED，溫度變化，色溫也會隨之變化。4.LED的熱學特性LED的光學參數(shù)與PN結(jié)結(jié)溫有很大的關系。一般工作在小電流IfLED的主波長隨溫度關系可表示為：p=0+Tg0.1nm/ 由式可知，每當結(jié)溫升高10，則波長向長波漂移1nm，且發(fā)光的均勻性、一致性變差。這對于作為

26、照明用的燈具光源要求小型化、密集排列以提高單位面積上的光強、光亮度的設計尤其應注意用散熱好的燈具外殼或?qū)ｉT通用設備、確保LED長期工作。雖然LED發(fā)熱很少，但是由于LED照明中，需要使用多顆數(shù)瓦級的LED，所以就會產(chǎn)生很高的熱量。雖然LED效率比較高，但是高效率僅支持在微小電流中的運行。大電流、高溫狀態(tài)下，效率較低。 另外，熒光粉型的LED，在轉(zhuǎn)換波長的時候會損失能量，從而產(chǎn)生熱量。持續(xù)高溫就會導致LED芯片、熒光粉、封裝樹脂壽命降低。因此，為了使LED的“高效率”、“長壽命”的優(yōu)勢保持下去，就必須控制LED的結(jié)溫。 5.電的特性 LED電源與白熾燈、熒光燈有很大的區(qū)別。白熾燈可以直接連接到2

27、20V的交流電上。熒光燈雖然有鎮(zhèn)流器和轉(zhuǎn)換開關，但也使用220V的交流電。而LED的電源則需要直流的恒定電流，所以需要將220V的交流轉(zhuǎn)換為直流。電源的效率不高將直接影響到整個照明燈具的效率，因此提高電源效率對于提高LED照明效率來說顯得尤為重要。 調(diào)節(jié)LED光的方法主要有兩種。一種是改變恒定電流，一種是改變脈沖調(diào)制。LED是電子與空穴再結(jié)合時發(fā)光，光束依賴于電流。電流小的情況下，光束和電流基本是成正比的，但當LED電流增大，熱量隨之增大，導致發(fā)光效率變低，光束和電流就不成正比了。 在改變脈沖占空比的方法中，由于Talbot-Plateau 效應（反復接受瞬間閃光后，人眼會感受到反復時間內(nèi)的平

28、均亮度），可以根據(jù)脈沖占空比改變亮度。 6.LED照明優(yōu)勢（1）體積小LED基本上是一塊很小的晶片被封裝在環(huán)氧樹脂里面，所以它非常小，非常輕。 （2）耗電量低LED耗電相當?shù)?，直流?qū)動，超低功耗（單管0.03-0.06瓦），電光功率轉(zhuǎn)換接近30%。一般來說LED的工作電壓是2-3.6V，工作電流是0.02-0.03A；這就是說，它消耗的電能不超過0.1W，相同照明效果比傳統(tǒng)光源節(jié)能近80%。 （3）使用壽命長有人稱LED光源為長壽燈。它為固體冷光源，環(huán)氧樹脂封裝，燈體內(nèi)也沒有松動的部分，不存在燈絲發(fā)光易燒、熱沉積、光衰等缺點，在恰當?shù)碾娏骱碗妷合?，使用壽命可達6萬到10萬小時，比傳統(tǒng)光源壽命長

29、10倍以上。 （4）高亮度、低熱量LED使用冷發(fā)光技術，發(fā)熱量比普通照明燈具低很多。 （5）環(huán)保LED是由無毒的材料作成，不像熒光燈含水銀會造成污染，同時LED也可以回收再利用。光譜中沒有紫外線和紅外線，既沒有熱量，也沒有輻射，眩光小，冷光源，可以安全觸摸，屬于典型的綠色照明光源。 （6）堅固耐用LED被完全封裝在環(huán)氧樹脂里面，比燈泡和熒光燈管都堅固。燈體內(nèi)也沒有松動的部分，使得LED不易損壞。（7）多變幻LED光源可利用紅、綠、藍三基色原理，在計算機技術控制下使三種顏色具有256級灰度并任意混合，即可產(chǎn)生256256256=種顏色，形成不同光色的組合變化多端，實現(xiàn)豐富多彩的動態(tài)變化效果及各種

30、圖像。（8）技術先進與傳統(tǒng)光源單調(diào)的發(fā)光效果相比，LED光源是低壓微電子產(chǎn)品。它成功融合了計算機技術、網(wǎng)絡通信技術、圖像處理技術、嵌入式控制技術等，所以亦是數(shù)字信息化產(chǎn)品，是半導體光源 “高新尖”技術，具有在線編程、無限升級、靈活多變的特點。7極限參數(shù)的意義 （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

31、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(zhì)的前提下，在LED的極限范圍內(nèi)，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(chǎn)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(jié)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

32、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(shù)。甚至使功率LED失效。因此，對于LED器件，降低熱阻與結(jié)溫、對發(fā)光二極管的熱特性進行研究顯得日趨重要。三、常用的LED驅(qū)動電路 1.傳統(tǒng)LED驅(qū)動電路介紹LED 驅(qū)動電路除了要滿足安全要求外，另外的基本功能應有兩個方面，一是盡可能保持恒流特性，尤其在電源電壓發(fā)生15的變動時，仍應能保持輸出電流在10的范圍內(nèi)變動。二是驅(qū)動電路應保持較低的自身功耗，這樣才能使LED 的系統(tǒng)效率保持在較高水平。傳統(tǒng)的低效率電路：圖3-1是傳統(tǒng)的低效率電路，電源通過降壓變壓器降壓；橋式整流濾波后，通過電阻限流來使3 個LED 穩(wěn)

33、定工作，這種電路的致命缺點是：圖3-1傳統(tǒng)的低效率電路電阻R 的存在是必須的，R 上的有功損耗直接影響了系統(tǒng)的效率，當R 分壓較小時，R 的壓降占總輸出電壓的40，輸出電路在R 上的有功損耗已經(jīng)占40，再加上變壓器損耗，系統(tǒng)效率小于50。當電源電壓在10的范圍內(nèi)變動時，流過LED 的電流變化將25，LED 上的功率變化將達到30。當R 分壓較大時，在電源電壓在10的范圍內(nèi)變動時，雖說能使輸出到LED 的功率變化減少，但系統(tǒng)效率將更低。圖3-2 是在圖3-1 的基礎上加了一個集成穩(wěn)壓元件MC7809，使輸出端的電壓基本穩(wěn)定在9V，限流電阻R 可用得很小也不會因為電源電壓的不穩(wěn)定造成LED 的超載

34、。 圖3-2 改進后的傳統(tǒng)電路但是此電路除了保證LED 的基本恒定輸出外，效率還是很低的。因為MC7809 和R1 上的壓降仍占很大比例，其效率僅為40左右。上述這類電路的應用，系統(tǒng)總的每瓦輸出流明僅為20lm/W25lm/W，是根本不能稱為節(jié)能的照明產(chǎn)品的。為了達到既能使LED 穩(wěn)定工作，又能保持高的效率，應采用低功耗的限流元件和電路來使系統(tǒng)效率提高。圖3-3是采用集成恒流源NUD4001 的LED 驅(qū)動電路，這一電路的顯著特點是當電源電壓在15的范圍內(nèi)變動時，輸出波動1，可稱為恒功率驅(qū)動電路，另外這一IC 電路可在很低的串聯(lián)分壓下工作（即1 腳與輸出的各引腳之間的電壓在2.8V 時尚能工作

35、），所以可保證在幾乎恒功率輸出的情況下，保持1 腳與輸出引腳之間的電壓在2.8V 左右就能使系統(tǒng)效率達70左右。這一IC 電路的輸入電源可采用工頻交流，但最好采用鹵鎢燈電子變壓器作為前級，這樣能保證諧波和電源端子干擾都符合標準的要求。當電子變壓器內(nèi)部實現(xiàn)類電器的隔離 ，絕緣輸出時，圖3-3電路可用于類燈具中，并且輸出端可以做成可觸及式。 圖3-3 進一步改進的電路 2.電容降壓LED驅(qū)動電路介紹電容降壓的工作原理并不復雜。他的工作原理是利用電容在一定的交流信號頻率下產(chǎn)生的容抗來限制最大工作電流。例如，在50Hz的工頻條件下，一個1uF的電容所產(chǎn)生的容抗約為3180歐姆。當220V的交流電壓加在

36、電容器的兩端，則流過電容的最大電流約為70mA。雖然流過電容的電流有70mA，但在電容器上并不產(chǎn)生功耗，應為如果電容是一個理想電容，則流過電容的電流為虛部電流，它所作的功為無功功率。根據(jù)這個特點，我們?nèi)绻谝粋€1uF的電容器上再串聯(lián)一個阻性元件，則阻性元件兩端所得到的電壓和它所產(chǎn)生的功耗完全取決于這個阻性元件的特性。例如，我們將一個110V/8W的燈泡與一個1uF的電容串聯(lián)，在接到220V/50Hz的交流電壓上，燈泡被點亮，發(fā)出正常的亮度而不會被燒毀。因為110V/8W的燈泡所需的電流為8W/110V=72mA，它與1uF電容所產(chǎn)生的限流特性相吻合。同理，我們也可以將5W/65V的燈泡與1uF

37、電容串聯(lián)接到220V/50Hz的交流電上，燈泡同樣會被點亮，而不會被燒毀。因為5W/65V的燈泡的工作電流也約為70mA。因此，電容降壓實際上是利用容抗限流。而電容器實際上起到一個限制電流和動態(tài)分配電容器和負載兩端電壓的角色。采用電容降壓電路是一種常見的小電流電源電路，由于其具有體積小成本低電流相對恒定等優(yōu)點，也常應用于LED的驅(qū)動電路中。圖3-4為一個實際的采用電容降壓的LED驅(qū)動電路：請注意，大部分應用電路中沒有連接壓敏電阻或瞬變電壓抑制晶體管，建議連接上，因壓敏電阻或瞬變電壓抑制晶體管能在電壓突變瞬間( 如雷電大用電設備起動等 )有效地將突變電流泄放，從而保護二級關和其它晶體管，它們的響

38、應時間一般在微毫秒級 。圖3-4 電容壓降電路 電路工作原理：電容C1的作用為降壓和限流：大家都知道，電容的特性是通交流隔直流，當電容連接于交流電路中時，其容抗計算公式為： XC = 1/2f C 式中，XC 表示電容的容抗f 表示輸入交流電源的頻率C 表示降壓電容的容量。流過電容降壓電路的電流計算公式為： I = U/XC 式中I表示流過電容的電流U 表示電源電壓XC 表示電容的容抗在220V50Hz的交流電路中，當負載電壓遠遠小于220V時，電流與電容的關系式為： I = 69C 其中電容的單位為uF，電流的單位為mA下表為在220V50Hz的交流電路中理論電流與實際測量電流的比較表3-1

39、理論電流與實際電流的比較 電阻R1為泄放電阻，其作用為：當正弦波在最大峰值時刻被切斷時，電容C1上的殘存電荷無法釋放，會長久存在，在維修時如果人體接觸到C1的金屬部分，有強烈的觸電可能，而電阻R1的存在，能將殘存的電荷泄放掉，從而保證人機安全。泄放電阻的阻值與電容的大小有關，一般電容的容量越大，殘存的電荷就越多，泄放電阻就阻值就要選小些。經(jīng)驗數(shù)據(jù)如下表：表3-2 C1與R1的取值選擇D1 D4的作用是整流，其作用是將交流電整流為脈動直流電壓。C2C3的作用為濾波，其作用是將整流后的脈動直流電壓濾波成平穩(wěn)直流電壓。壓敏電阻( 或瞬變電壓抑制晶體管 )的作用是將輸入電源中瞬間的脈沖高壓電壓對地泄放

40、掉，從而保護LED不被瞬間高壓擊穿。LED串聯(lián)的數(shù)量視其正向?qū)妷? Vf )而定，在220V AC電路中，最多可以達到80個左右。組件選擇：電容的耐壓一般要求大于輸入電源電壓的峰值，在220V,50Hz的交流電路中時，可以選擇耐壓為400伏以上的滌綸電容或紙介質(zhì)電容。D1D4 可以選擇IN4007。濾波電容C2C3的耐壓根據(jù)負載電壓而定，一般為負載電壓的1.2倍。其電容容量視負載電流的大小而定。3.我的LED驅(qū)動電路設計我設計的是一個輸出恒定電壓10.5V（3個LED串聯(lián)），恒定電流350mA的驅(qū)動電路，電路原理圖如圖3-5所示。圖3-5我的電路原理圖表3-3電路的材料清單序號編號名稱規(guī)格

41、數(shù)量備注1F1保險絲電阻10歐 2W1保險作用2RV壓敏電阻470千歐13整流橋1把交流電轉(zhuǎn)換成直流電4C1電容1nF 630V15L1電感2.53uH16C2鋁電解電容4.7uF 400V1與C1，L1一起，起濾波作用7R1,R2電阻470千歐28Y1Y電容2.2nF 250VAC1安全規(guī)范作用9變壓器1把高電壓轉(zhuǎn)換成低電壓10C3電容1nF 200V111D1二極管113芯片PR LNK605DG114C4電容1uF 25v115R3電阻24.9千歐116R4電阻4.87千歐117D2穩(wěn)壓二級管118C5鋁電解電容10uF 16V119R5電阻4.7千歐1芯片LNK605DG引腳和功能描述

42、，芯片的外形和引腳分布如圖3-6圖3-6芯片LNK605DG的外形和引腳分布引腳功能描述漏極(D)引腳：功率MOSFET的漏極連接點。在開啟及穩(wěn)態(tài)工作時提供內(nèi)部操作電流。旁路/多功能可編程（BP/M）引腳： 一個外部旁路電容連接到這個引腳，用于生成內(nèi)部6 V的供電電源。反饋(FB)引腳：在正常操作下，功率MOSFET的開關由此引腳控制。該引腳可以檢測偏置繞阻上的AC電壓。這個控制引腳可以根據(jù)偏置繞組的反激電壓來調(diào)節(jié)恒壓模式下的輸出電壓以及恒流模式下的輸出電流。內(nèi)部電感校正電路使用偏置繞組上的正向電壓來檢測大容量電容的電壓。源極（S）引腳：該引腳內(nèi)部連接到MOSFET的源極，用于高壓功率的返回節(jié)

43、點及控制電路的參考點。功能描述：該芯片在一個器件上集成了一個高壓功率MOSFET開關及一個電源控制器。它使用開關控制方式來調(diào)節(jié)輸出電壓。此外，還會對開關頻率進行調(diào)制，以調(diào)節(jié)輸出電流，從而實現(xiàn)恒流特性。該芯片控制器包括一個振蕩器、反饋（檢測及邏輯）電路、6 V穩(wěn)壓器、過熱保護、頻率抖動、電流限流電路及前沿消隱功能、電感校正電路、用于恒流調(diào)節(jié)的頻率控制以及用于恒壓控制的開關狀態(tài)調(diào)節(jié)器。電感校正電路：在初級勵磁電感過高或過低時，轉(zhuǎn)換器將通過調(diào)節(jié)振蕩器頻率自動對此進行補償。由于這個控制器用于在非連續(xù)導通模式下工作，因此輸出功率與設定初級電感直接成正比，并可通過調(diào)節(jié)開關頻率對其容差進行完全補償。恒流(C

44、C)工作方式：隨著輸出電壓的升高以及由此引起的偏置繞組上反激電壓的升高，反饋引腳電壓也將升高。反饋引腳電壓升高時，會對開關頻率進行調(diào)節(jié)，以提供恒流輸出調(diào)節(jié)。恒流電路與電感校正電路可以在恒流區(qū)域內(nèi)同時工作。恒壓(CV)工作方式：當反饋引腳在恒流調(diào)節(jié)模式下接近VFBth時，電源將切換到恒壓工作模式。此時的開關頻率達到其最大值，對應于CCCV特性曲線的峰值功率點?？刂破魇褂瞄_關狀態(tài)調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)反饋引腳電壓，使其維持在VFBth的水平。在高壓開關關斷2.5 s后，對反饋引腳電壓進行采樣。輕載條件下，還會降低電流限流點，從而降低變壓器磁通密度。過熱保護：熱關斷電路檢測結(jié)的溫度。閾值設置在142 C并具備6

45、0 C的遲滯范圍。當結(jié)溫度超過這個閾值(142 C)，功率MOSFET開關被禁止，直到結(jié)溫度下降60 C，MOSFET才會重新使能。6.0 V穩(wěn)壓器：只要MOSFET處在關閉狀態(tài)，6 V穩(wěn)壓器就會從漏極的電壓吸收電流，將連接到旁路引腳的旁路電容充電到6 V。旁路引腳是內(nèi)部供電電壓節(jié)點。當MOSFET開啟時，器件使用貯存在旁路電容內(nèi)的能量。內(nèi)部電路的極低功耗使該芯片可使用從漏極吸收的電流持續(xù)工作。一個1 F或的10 F旁路電容就足夠?qū)崿F(xiàn)高頻率退耦及能量存儲。電路原理描述輸入濾波器：AC輸入功率由整流橋進行整流。整流后的DC由大容量電容C1和C2進行濾波。電感L1、C1和C2組成一個型濾波器，對差

46、模傳導EMI噪聲進行衰減。保險電阻F1在發(fā)生嚴重故障時提供保護。應當選擇合適的電阻（通常為繞線式電阻），這樣才能在輸入電容初次連接到AC線路充電時經(jīng)受住瞬間耗散。工作過程：在從空載到滿載的多個模式下，U1內(nèi)的控制器首先在恒壓階段工作，此時它通過開關控制來調(diào)節(jié)輸出電壓，并根據(jù)需要通過跳過開關周期來維持輸出電壓水平，通過調(diào)節(jié)使能周期與禁止周期的比例來維持穩(wěn)壓。這也可以使轉(zhuǎn)換器的效率在整個負載范圍內(nèi)得到優(yōu)化。在輕載條件下，還會降低電流限流點以減小變壓器磁通密度，進而降低音頻噪音和開關損耗。隨著負載電流的增大，電流限流點也將升高，因而跳過的周期也越來越少。一旦U1檢測到最大功率點（即控制器停止跳過周期

47、），控制器將自動進入恒流模式。一旦需要進一步提高負載電流，輸出電壓便會隨之下降。當檢測到FB引腳上的輸出電壓下降時，開關頻率將線性下降，從而確保恒流輸出。輸出整流：變壓器的次級繞組由D2（可提高效率的1 A、40 V肖特基勢壘二極管）進行整流，由C5進行濾波。如果可以接受較低效率，則可換用1 A PN結(jié)型二極管，以便降低成本。在本應用中，C5的大小能夠滿足要求的輸出電壓紋波規(guī)范，無需使用后級LC濾波器。輸出調(diào)節(jié)：LNK605DG在輸出特性的恒壓(CV)調(diào)節(jié)區(qū)域使用開/關控制來調(diào)節(jié)輸出，通過頻率控制來實現(xiàn)恒流(CC)調(diào)節(jié)。反饋電阻（R3和R4）使用標準的1%電阻值選出，以確定額定輸出電壓及恒流調(diào)

48、節(jié)閾值的中心。D1、R1、R2和C3組成RCD-R箝位電路，用于限制漏感引起的漏極電壓尖峰4.我的LED燈泡LED燈泡的制作相對比較簡單，把LED燈珠焊到鋁基板上，少量的（15顆以內(nèi)）LED燈珠一般直接串聯(lián)，大量的（15顆以上）采用混聯(lián)。驅(qū)動電路的輸入端與電源連接，驅(qū)動電路輸出端與LED串連接。PCB板用耐高溫，耐高壓的灌膠A和灌膠B以1比1的比例混合來填充。它具有導熱，絕緣，防火，防爆的功能，保證PCB板得正常工作。鋁基板與燈座之間的以導熱系數(shù)為1的導熱硅脂填充，幫助LED燈珠進行散熱，提高燈泡的壽命。5.LED的性能分析 將燈泡接入220V交流電路中，用萬用表測得此燈泡兩端的電壓為9.86

49、V,電流為0.33A,實際功率為3.25W.理論的電壓為10.5V,電流為0.35A,功率為3.67W，引起這些誤差的原因可能是：（1）焊接PCB板得時候存在虛焊。（2）電子元器件的精確度不高。（3）電路理論上存在缺陷，有些該考慮的沒考慮到。用積分球測得該燈泡光通量為175lm,其光效約為50流明/瓦。.而一般的節(jié)能燈的光效約為35流明/瓦。功率因數(shù)為0.625.色溫為6250K,色坐標為（0.3176 0.3275）。顯色指數(shù)RA=72.6。其光譜圖如下圖所示。圖3-7 LED測試結(jié)果四、LED照明應用1.LED景觀照明投光燈：投光燈有單色、七彩，光源有顆粒有集成兩種。顆粒有6-36W,集成

50、有10W、30W、50W、70W、100W洗墻燈：洗墻燈外形有條形和方形，單色和七彩。6W、9W、12W、18W、24W、36W?？刂品绞接袃?nèi)控和外控。地埋燈：面蓋一般是不透鋼，透鏡是鋼化玻璃，殼是鋁。防水防塵防壓。水底燈：水底燈外殼一般都是不透鋼IP要達到67以上。工作電壓都是做低壓12-36V 。2.LED汽車燈飾LED剎車燈、轉(zhuǎn)向燈、倒車燈、儀表燈、 車頂燈車燈工作電壓都是12-14V .燈頭有單眼、雙眼、T形頭。3.LED驅(qū)動電源有恒壓源和恒流源，有防水和不防水，有裸板和帶殼。五、心得體會本次課程設計歷時三個月，主要對LED的發(fā)展歷史，發(fā)展現(xiàn)狀，主要特性，主要參數(shù)以及電路的分析進行了簡

51、單的描述。在這三個月里，指導老師和我都付出了很多，但收獲也不少。畢業(yè)設計開始前，我電子領域的知識只是局限于課本模擬電子技術上簡單介紹的一些理論知識。經(jīng)過這三個月的努力，我初步認識了課本以外的電子元器件，初步了解了他們的外形以及性能。學習了軟件Protel的一些基本知識，并能畫出簡單的電路原理圖。了解了幾個生產(chǎn)中常用的芯片的功能。練習焊接了一些PCB板，使自己的焊接技術有了一定的提高。學習了不少電路的運行原理，分析電路的能力也有了相應的提高。自己動手測試了產(chǎn)品的一些性能以及一些參數(shù)，并與理論的參數(shù)值進行比較，分析引起誤差的原因。現(xiàn)在的努力為我以后的工作打下了一定的基礎，是非常寶貴的經(jīng)驗。在本次畢業(yè)設計的最后，我結(jié)合自己的實際經(jīng)歷對LED燈泡做出客觀的評價堅固耐用，抗震性好。本人也在樣品制作間里制作