普通LED和大功率LED技術(shù)和工藝

1、 本文由chenmeng201011貢獻(xiàn) doc文檔可能在WAP端瀏覽體驗(yàn)不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT，或下載源文件到本機(jī)查看。 普通 LED 和大功率 LED 技術(shù)和工藝上有什么不同？ 技術(shù)和工藝上有什么不同？ 大功率 LED 節(jié)能燈是 LED 節(jié)能燈的一種，相對(duì)于小功率 LED 節(jié)能燈來說，大功率 LED 節(jié)能燈單 顆功率更高，亮度更亮，價(jià)格更高。小功率 LED 節(jié)能燈額定電流都是 20mA，額定電流高過 20mA 的基本上都可以算作大功率。一般功率數(shù)有：0.25w、0.5w、1w、3w、5w、8w、10w 等等。主要亮 度單位為 lm（流明），小功率的亮度單位一般為 mcd。此兩單位無法換

2、算。目前做為一個(gè)新興的綠 色、環(huán)保、節(jié)能光源被廣泛應(yīng)用于汽車燈、手電筒、燈具等場所。 大功率 LED 節(jié)能燈之所以這樣稱呼,主要是針對(duì)小功率 LED 節(jié)能燈而言,目前分類的標(biāo)準(zhǔn)總結(jié)有三 種: 其中第一種是根據(jù)功率大小可分為 0.5W,1W,3W,5W,10W100W 不等,根據(jù)封裝后成型產(chǎn)品的總的 功率而言不同而不同. 第二種可以根據(jù)其封裝工藝不同分為:大尺寸環(huán)氧樹脂封裝、仿食人魚式環(huán)氧樹脂封裝、鋁基板 （MCPCB）式封裝、TO 封裝、功率型 SMD 封裝、MCPCB 集成化封裝等等 第三種可以根據(jù)其光衰程度不同可分為低光衰大功率產(chǎn)品和非低光衰大功率產(chǎn)品。 當(dāng)然，由于大功率 LED 節(jié)能燈本

3、身的參數(shù)比較多，根據(jù)不同的參數(shù)會(huì)有不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，在此 不再類述。 大功率 LED 節(jié)能燈仍然屬于 LED 封裝產(chǎn)品里的一種，是讓半導(dǎo)體照明走向普通照明領(lǐng)域里最重 要的一環(huán)。 在使用大功率 LED 節(jié)能燈時(shí)，必須了解光強(qiáng)分布、色溫分布、熱阻及顯色性等問題 掌握 W 級(jí)大功率 LED 節(jié)能燈的光強(qiáng)分布圖，是正確使用大功率 LED 節(jié)能燈所必需的。廠家一定 要向客戶提供 LED 器件的各種參數(shù)指標(biāo) 大功率 LED 節(jié)能燈的色溫分布是否均勻，將直接影響照明效果；而且色溫與顯色指數(shù)是互相關(guān) 聯(lián)的，色溫的改變會(huì)引起顯色指數(shù)的變化。 大功率 LED 節(jié)能燈的熱阻直接影響 LED 器件的散熱。熱阻低，散熱越

4、好；熱阻高則散熱差，這 樣器件溫升高，就會(huì)影響光的波長漂移。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，溫度升高一度，光波長要漂移 0.20.3nm，這 樣會(huì)直接影響器件的發(fā)光質(zhì)量。溫升過高也直接影響 W 級(jí)大功率 LED 節(jié)能燈的使用壽命。 顯色性是白光 LED 的重要指標(biāo)，用于照明的白光 LED 的顯色性必須在 80 以上 LED 節(jié)能燈的工作原理及原理圖 LED 我做了一年多，驅(qū)動(dòng)方面不難，網(wǎng)上資料也很多，你可以看看。我覺得對(duì) LED 本身的了解更 為重要，只有摸清了它的脾氣，才能設(shè)計(jì)出好的驅(qū)動(dòng)來。前段時(shí)間去上海參加了國際 LED 技術(shù)展， 頗有收獲，把 LED 原理方面的最新資料整理如下，但是貼不上圖，希望對(duì)你有所幫助

5、： 1、LED 發(fā)光機(jī)理：PN 結(jié)的端電壓構(gòu)成一定勢壘，當(dāng)加正向偏置電壓時(shí)勢壘下降，P 區(qū)和 N 區(qū)的 多數(shù)載流子向?qū)Ψ綌U(kuò)散。由于電子遷移率比空穴遷移率大得多，所以會(huì)出現(xiàn)大量電子向 P 區(qū)擴(kuò)散， 構(gòu)成對(duì) P 區(qū)少數(shù)載流子的注入。 這些電子與價(jià)帶上的空穴復(fù)合， 復(fù)合時(shí)得到的能量以光能的形式釋 放出去。這就是 PN 結(jié)發(fā)光的原理。 2、LED 發(fā)光效率：一般稱為組件的外部量子效率，其為組件的內(nèi)部量子效率與組件的取出效率的 乘積。所謂組件的內(nèi)部量子效率，其實(shí)就是組件本身的電光轉(zhuǎn)換效率，主要與組件本身的特性（如 組件材料的能帶、缺陷、雜質(zhì)）、組件的壘晶組成及結(jié)構(gòu)等相關(guān)。而組件的取出效率則指的是組件 內(nèi)

6、部產(chǎn)生的光子，在經(jīng)過組件本身的吸收、折射、反射后，實(shí)際在組件外部可測量到的光子數(shù)目。 因此，關(guān)于取出效率的因素包括了組件材料本身的吸收、組件的幾何結(jié)構(gòu)、組件及封裝材料的折射 率差及組件結(jié)構(gòu)的散射特性等。而組件的內(nèi)部量子效率與組件的取出效率的乘積，就是整個(gè)組件的 發(fā)光效果，也就是組件的外部量子效率。早期組件發(fā)展集中在提高其內(nèi)部量子效率，主要方法是通 過提高壘晶的質(zhì)量及改變壘晶的結(jié)構(gòu)，使電能不易轉(zhuǎn)換成熱能，進(jìn)而間接提高 LED 的發(fā)光效率， 從而可獲得 70%左右的理論內(nèi)部量子效率，但是這樣的內(nèi)部量子效率幾乎已經(jīng)接近理論上的極限。 在這樣的狀況下，光靠提高組件的內(nèi)部量子效率是不可能提高組件的總光量

7、的，因此提高組件的取 出效率便成為重要的研究課題。目前的方法主要是：晶粒外型的改變TIP 結(jié)構(gòu)，表面粗化技術(shù)。 3、LED 電氣特性：電流控制型器件，負(fù)載特性類似 PN 結(jié)的 UI 曲線，正向?qū)妷旱臉O小變化會(huì) 引起正向電流的很大變化（指數(shù)級(jí)別），反向漏電流很小，有反向擊穿電壓。在實(shí)際使用中，應(yīng)選 擇 。LED 正向電壓隨溫度升高而變小，具有負(fù)溫度系數(shù)。LED 消耗功率 ，一部分轉(zhuǎn)化為光能， 這是我們需要的。剩下的就轉(zhuǎn)化為熱能，使結(jié)溫升高。散發(fā)的熱量（功率）可表示為 。 4、LED 光學(xué)特性：LED 提供的是半寬度很大的單色光，由于半導(dǎo)體的能隙隨溫度的上升而減小， 因此它所發(fā)射的峰值波長隨溫

8、度的上升而增長，即光譜紅移，溫度系數(shù)為+23A/ 。LED 發(fā)光亮度 L 與正向電流 近似成比例： ，K 為比例系數(shù)。電流增大，發(fā)光亮度也近似增大。另外發(fā)光亮度也 與環(huán)境溫度有關(guān)，環(huán)境溫度高時(shí)，復(fù)合效率下降，發(fā)光強(qiáng)度減小。 5、LED 熱學(xué)特性：小電流下，LED 溫升不明顯。若環(huán)境溫度較高，LED 的主波長就會(huì)紅移，亮度 會(huì)下降，發(fā)光均勻性、一致性變差。尤其點(diǎn)陣、大顯示屏的溫升對(duì) LED 的可靠性、穩(wěn)定性影響更 為顯著。所以散熱設(shè)計(jì)很關(guān)鍵。 6、LED 壽命：LED 的長時(shí)間工作會(huì)光衰引起老化，尤其對(duì)大功率 LED 來說，光衰問題更加嚴(yán)重。 在衡量 LED 的壽命時(shí)，僅僅以燈的損壞來作為 LE

9、D 壽命的終點(diǎn)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，應(yīng)該以 LED 的光 衰減百分比來規(guī)定 LED 的壽命，比如 35%，這樣更有意義。 7、大功率 LED 封裝：主要考慮散熱和出光。散熱方面，用銅基熱襯，再連接到鋁基散熱器上，晶 粒與熱襯之間以錫片焊作為連接，這種散熱方式效果較好，性價(jià)比較高。出光方面，采用芯片倒裝 技術(shù)，并在底面和側(cè)面增加反射面反射出浪費(fèi)的光能，這樣可以獲得更多的有消出光。 8、白光 LED：類自然光譜白光 LED 主要有三種：第一種是比較成熟且已商業(yè)化的藍(lán)光芯片+黃色 熒光粉來獲得白光，這種白光成本最低，但是藍(lán)光晶粒發(fā)光波長的偏移、強(qiáng)度的變化及熒光粉涂布 厚度的改變均會(huì)影響白光的均勻度，而且光譜

10、呈帶狀較窄，色彩不全，色溫偏高，顯色性偏低，燈 光對(duì)眼睛不柔和不協(xié)調(diào)。人眼經(jīng)過進(jìn)化最適應(yīng)的是太陽光，白熾燈的連續(xù)光譜是最好的，色溫為 2500K，顯色指數(shù)為 100。所以這種白光還需要改進(jìn)，比如加多發(fā)光過程來改善光譜，使之連續(xù)且足 夠?qū)挕５诙N是紫外光或紫光芯片+紅、藍(lán)、綠三基色熒光粉來獲得白光，發(fā)光原理類似于日光燈， 該方法顯色性更好，而且 UV-LED 不參與白光的配色，所以 UV-LED 波長與強(qiáng)度的波動(dòng)對(duì)于配出的 白光而言不會(huì)特別地敏感，并可由各色熒光粉的選擇和配比，調(diào)制出可接受色溫及演色性的白光。 但同樣存在所用熒光粉有效轉(zhuǎn)化效率低，尤其是紅色熒光粉的效率需要大幅度提高的問題。這類熒

11、 光粉發(fā)光穩(wěn)定性差、光衰較大、配合熒光粉紫外光波長的選擇、UV-LED 制作的難度及抗 UV 封裝 材料的開發(fā)也是需要克服的困難。 第三種是利用三基色原理將 RGB 三種超高亮度 LED 混合成白光， 該方法的優(yōu)點(diǎn)是不需經(jīng)過熒光粉的轉(zhuǎn)換而直接配出白光， 除了可避免熒光粉轉(zhuǎn)換的損失而得到較佳 的發(fā)光效率外，更可以分開控制紅、綠、藍(lán)光 LED 的發(fā)光強(qiáng)度，達(dá)成全彩的變色效果（可變色溫）， 并可由 LED 波長及強(qiáng)度的選擇得到較佳的演色性。但這種辦法的問題是綠光的轉(zhuǎn)換效率低，混光 困難，驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)復(fù)雜。另外，由于這三種光色都是熱源，散熱問題更是其它封裝形式的 3 倍， 增加了使用上的困難。 偏振

12、LED 和三波長全彩化的白光 LED 將是未來的發(fā)展方向。 LED 照明設(shè)計(jì)需要注意的技術(shù)細(xì)節(jié) LED 照明燈具在近期得到飛躍的發(fā)展，LED 作為綠色環(huán)保的清潔光源得到廣泛的認(rèn)可。LED 光源 使用壽命長、節(jié)能省電、應(yīng)用簡單方便、使用成本低，因而在家庭照明都將得到海量的應(yīng)用，歐司 朗光學(xué)半導(dǎo)體公司 2008 年調(diào)查統(tǒng)計(jì)，全球每年家庭照明燈座出貨量約為 500 億個(gè)。 LED 光源的技術(shù)日趨成熟，每瓦發(fā)光流明迅速增長，促使其逐年遞減降價(jià)。以 1W LED 光源為例， 2008 年春的價(jià)格已是 2006 年春的價(jià)格三分之一，2009 年春將降至 2006 年的四分之一。 LED 綠色燈具的海量市場

13、和持續(xù)穩(wěn)定數(shù)年增長需求將是集成電路行業(yè)繼 VCD、DVD、手機(jī)、MP3 之后的消費(fèi)電子市場的超級(jí)海嘯！ LED 燈具的高節(jié)能、長壽命、利環(huán)保的優(yōu)越性能獲得普遍的公認(rèn)。 LED 高節(jié)能：直流驅(qū)動(dòng)，超低功耗(單管 0.03 瓦-1 瓦)電光功率轉(zhuǎn)換接近 100%，相同照明效果 比傳統(tǒng)光源節(jié)能 80%以上。 LED 長壽命：LED 光源被稱為長壽燈。固體冷光源，環(huán)氧樹脂封裝，燈體內(nèi)也沒有松動(dòng)的部分， 不存在燈絲發(fā)光易燒、熱沉積、光衰快等缺點(diǎn)，使用壽命可達(dá) 5 萬到 10 萬小時(shí)，比傳統(tǒng)光源壽命 長 10 倍以上。 LED 利環(huán)保：LED 是一種綠色光源，環(huán)保效益更佳。光譜中沒有紫外線和紅外線，熱量低

14、和無頻 閃，無輻射，而且廢棄物可回收，沒有污染不含汞元素，冷光源，可以安全觸摸，屬于典型的綠色 照明光源。 LED 光源工作特點(diǎn)： 光源工作特點(diǎn)： 照明用 LED 光源的 VF 電壓都很低，一般 VF =2.75-3.8V，IF 在 15-1400mA；因此 LED 驅(qū)動(dòng) IC 的輸出電壓是 VF X N 或 VF X 1, IF 恒流在 15-1400mA。LED 燈具使用的 LED 光源有小功 率(IF=15-20mA)和大功率(IF>200mA)二種，小功率 LED 多用來做 LED 日光燈、裝飾燈、格 柵燈；大功率 LED 用來做家庭照明燈、射燈、水底燈、洗墻燈、路燈、隧道燈、汽

15、車工作燈等。 功率 LED 光源是低電壓、大電流驅(qū)動(dòng)的器件，其發(fā)光的強(qiáng)度由流過 LED 的電流大小決定，電流過 強(qiáng)會(huì)引起 LED 光的衰減， 電流過弱會(huì)影響 LED 的發(fā)光強(qiáng)度， 因此， LED 的驅(qū)動(dòng)需要提供恒流電源， 以保證大功率 LED 使用的安全性，同時(shí)達(dá)到理想的發(fā)光強(qiáng)度。在 LED 照明領(lǐng)域，要體現(xiàn)出節(jié)能和 長壽命的特點(diǎn)，選擇好 LED 驅(qū)動(dòng) IC 至關(guān)重要，沒有好的驅(qū)動(dòng) IC 的匹配，LED 照明的優(yōu)勢無法體 現(xiàn)。 LED 燈具對(duì)低壓驅(qū)動(dòng)芯片的要求： 燈具對(duì)低壓驅(qū)動(dòng)芯片的要求： 1. 驅(qū)動(dòng)芯片的標(biāo)稱輸入電壓范圍應(yīng)當(dāng)滿足 DC8-40V，以覆蓋應(yīng)用面的需要，耐壓如能大于 45V 更好

16、；AC 12V 或 24 V 輸入時(shí)簡單的橋式整流器輸出電壓會(huì)隨電網(wǎng)電壓波動(dòng)，特別是電壓偏高時(shí) 輸出直流電壓也會(huì)偏高，驅(qū)動(dòng) IC 如不能適應(yīng)寬電壓范圍，往往在電網(wǎng)電壓升高時(shí)會(huì)被擊穿，LED 光源也因此被燒毀。 2. 驅(qū)動(dòng)芯片的標(biāo)稱輸出電流要求大于 1.2-1.5A，作為照明用的 LED 光源，1W 功率的 LED 光源 其標(biāo)稱工作電流為 350mA，3W 功率的 LED 光源其標(biāo)稱工作電流為 700mA，功率大的需要更大 的電流，因此 LED 照明燈具選用的驅(qū)動(dòng) IC 必需有足夠的電流輸出，設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)必需使驅(qū)動(dòng) IC 工 作在滿負(fù)輸出的 70-90%的最佳工作區(qū)域。使用滿負(fù)輸出電流的驅(qū)動(dòng) IC

17、 在燈具狹小空間散熱不 暢，容易疲勞和早期失效。 3. 驅(qū)動(dòng)芯片的輸出電流必需長久恒定，LED 光源才能穩(wěn)定發(fā)光，亮度不會(huì)閃爍；同一批驅(qū)動(dòng)芯片 在同等條件下使用，其輸出電流大小要盡可能一致，也就是離散性要小，這樣在大批量自動(dòng)化生產(chǎn) 線上生產(chǎn)才能有效和有序；對(duì)于輸出電流有一定離散性的驅(qū)動(dòng)芯片必選在出廠或投入生產(chǎn)線前分 檔，調(diào)整 PCB 板上電流設(shè)定電阻 (Rs)的阻值大小，使之生產(chǎn)的 LED 燈具恒流驅(qū)動(dòng)板對(duì)同類 LED 光源的發(fā)光亮度一致，保持最終產(chǎn)品的一致性。 4. 驅(qū)動(dòng)芯片的封裝應(yīng)有利于驅(qū)動(dòng)芯片管芯的快速散熱，如將管芯(Die)直接綁定在銅板上，并有一 Pin 直接延伸到封裝外， 便于直接

18、焊接在 PCB 板的銅箔上迅速導(dǎo)熱(圖 1)。 如在一個(gè)類似 4X4mm 的硅片管芯上，要長時(shí)間通過 300-1000mA 的電流，必然有功耗，必然會(huì)發(fā)熱，芯片本身的物理 散熱結(jié)構(gòu)也是至關(guān)重要的。 5. 驅(qū)動(dòng)芯片本身的抗 EMI、噪音、耐高壓的能力也關(guān)系到整個(gè) LED 燈具產(chǎn)品能否順利通過 CE、 UL 等認(rèn)證，因此驅(qū)動(dòng)芯片本身在設(shè)計(jì)伊始就要選用優(yōu)秀的拓樸結(jié)構(gòu)和高壓的生產(chǎn)工藝。 6. 驅(qū)動(dòng)芯片自身功耗要求小于 0.5W，開關(guān)工作頻率要求大于 120Hz，以免工頻干擾而產(chǎn)生可見 閃爍。 LED 綠色照明促使驅(qū)動(dòng)芯片向創(chuàng)新設(shè)計(jì)發(fā)展，LED 燈具照明是離不開驅(qū)動(dòng)芯片的，因此需要多種 功能的 LED

19、光源驅(qū)動(dòng) IC。 LED 燈具選用 36V 以下的交流電源可以考慮非隔離供電， 如選用 220V 和 100V 的交流電源應(yīng)考慮隔離供電。直接使用 AC100-220V 的驅(qū)動(dòng)芯片，因應(yīng)用體積苛求，在 技術(shù)上還有更高的要求、更大的難度，目前各國都在努力開發(fā)中。LED 燈具的海量需求市場給所有 集成電路設(shè)計(jì)公司再次成功的機(jī)會(huì)，快速轉(zhuǎn)型、早出產(chǎn)品，贏的機(jī)會(huì)多多。 責(zé)任編輯：電源網(wǎng)左然 LED-樂觀但別盲目 樂觀但別盲目 從 2006 年 3 月,大功率 LED 露出頭角,LED 的戰(zhàn)火被點(diǎn)燃,國內(nèi)最初的預(yù)計(jì),2008 年 LED 會(huì)替代 大部分家庭照明.2010 年達(dá)到大量普及.現(xiàn)在反過來看,國內(nèi)

20、預(yù)計(jì)并沒有實(shí)現(xiàn).相比之下,國外的進(jìn)度 就比較嚴(yán)謹(jǐn)一些,設(shè)計(jì)規(guī)劃比較長線.縱觀現(xiàn)在做 LED 的廠商,做得大的都將主力集中在光源和芯片 部分,對(duì)整燈的涉及都不痛不癢.由此可以了解,LED 的整燈結(jié)構(gòu)還處于一個(gè)耘釀期.想快速普及是不 可能的.不僅是價(jià)位問題,散熱如何處理,外形能否達(dá)到散熱效果,達(dá)到散熱的目的后外能能否被大眾 所接受,總結(jié)一下有如下幾點(diǎn)需要確認(rèn) 1.現(xiàn)市場龍蛇混雜,每家都夸下?？?說自己的產(chǎn)品如何好,如何長壽,更有甚者,拿 80W 的 LED 路燈 和 250W 鈉燈的來比節(jié)能效果.拿 40W 的日光燈和 20W 的 LED 日光燈比節(jié)能和亮度.稍有光學(xué)常 識(shí)的人都知道,兩者沒有可比

21、性,以目前的 LED 光效,和鈉燈和日光燈的發(fā)光效率都不是一個(gè)檔次的. 如果要講發(fā)光角度,日光燈加個(gè)反光罩,讓鼓吹 LED 節(jié)能的試試看. 當(dāng)然技術(shù)在發(fā)展,LED 進(jìn)步大家有目共賞,我不是 LED 反對(duì)組,但也不是狂熱組的人,換個(gè)角度,在談 LED 都是和工廠有關(guān)聯(lián)的技術(shù)人員或銷售人員,作為工廠批量生產(chǎn)才有實(shí)際意義,能賺錢才是最終 的目的,能不能批量,會(huì)不會(huì)賺錢,不是由那個(gè)人決定的,是由消費(fèi)者決定,作為工程技術(shù)人員,嚴(yán)謹(jǐn)很 重要,盲目把一個(gè)不成熟的產(chǎn)品大批量的推向生產(chǎn),作為業(yè)務(wù),不管事實(shí),信口開河不正視事實(shí),不管 是對(duì)個(gè)人還是對(duì)社會(huì)都是一種極不負(fù)責(zé)的態(tài)度. 2.LED 是否能適用在所有的場合,

22、光源不僅注重發(fā)光效率,還存在顯色指數(shù)和色容差問題,按照 LED 照明狂熱組的概念,LED 是大小通吃.什么場合都能用,不管是室內(nèi)還是戶外,體育場,大型碼頭,更有 人聲稱投影機(jī)上用 LED 燈泡做投射光.其姿態(tài)讓人想 K 他.一個(gè)顯色指數(shù)不到 80 的產(chǎn)品能拿去做投 影燈泡! 任何一個(gè)產(chǎn)品都不可能是十全十美,使用在適合他的場所,才能最大的利用它的價(jià)值,LED 理念上長 壽命,抗振動(dòng)性能很好,用在汽車上很好,LED 低電壓用在水底下很安全,LED 節(jié)能,用在長期點(diǎn)燈但 對(duì)照明顯色指數(shù)要求不太高場合,可以勝任.不建議用在大型圖書和教室,那種顯色指數(shù),炫光,對(duì)長 期看書都影響很大,擔(dān)心會(huì)傷到學(xué)生的視力

23、.LED 可以用在照明要求不高的街道路燈上,但不適合用 在高速路上(如果顯色指數(shù)的發(fā)光效率提高并當(dāng)別論).LED 不能用在大型體育場. 列出這些只為說明一個(gè)現(xiàn)實(shí).不要希望一個(gè)產(chǎn)品能取代所有的產(chǎn)品.用途不一樣,所需的要求不一樣. 就象我們每天出行一樣,有時(shí)需要坐車,有時(shí)自己開車,有時(shí)更愿意走路,但有時(shí)又要坐飛機(jī).誰都知 道飛機(jī)速度最快.但是不是 20 公里的路程也要坐飛機(jī)呢,誰都知道走路最經(jīng)濟(jì)又能健身,但如果誰想 從廣東步行到北京,算算成本,就會(huì)知道走路反而貴. 個(gè)人認(rèn)為,解決好 LED 光衰,設(shè)計(jì)成長壽命的 LED 燈,適合用在長期點(diǎn)燈的場合,對(duì)照明要求不太高 的場合,其實(shí)這些地方有很多,大型

24、倉庫(有些是 24 小時(shí)點(diǎn)燈),政府大樓,公安大樓.收費(fèi)站,加油站, 大型超市等等.家庭照明對(duì)外形的要求較高,對(duì)顯色指數(shù)的要求也不低,以目前來看,能用,但不是很 好用. 3.性價(jià)比和能源及環(huán)境問題,現(xiàn)在散熱大都是使用鋁材.不但貴(以 6W 的 LED 為標(biāo)準(zhǔn)幾乎占了整燈 的一倍價(jià)格),雖然有所謂的高導(dǎo)熱陶磁散熱,但目前還未看到有實(shí)際的成品在市場上流動(dòng).大量使 用鋁材是不是對(duì)社會(huì)的不負(fù)責(zé)任,不但消耗能源,不合理的管控和回收,還會(huì)造成對(duì)環(huán)境的污染.鋁是 一種對(duì)人體有很大危害的元素.過多涉入人體會(huì)導(dǎo)致多種疾病. LED 照明相比傳統(tǒng)照明而言有它獨(dú)特的優(yōu)勢,有發(fā)展前景,但目前 LED 不適用在所有的地

25、方,對(duì) LED 照明的定位應(yīng)持謹(jǐn)慎的態(tài)度,一味的狂熱,只會(huì)帶來負(fù)面影響.早期的 LED 阻容阻壓燈杯,到前兩年火 熱的草帽 LED 日光燈管,就是最好的證明. 責(zé)任編輯：電源網(wǎng)左然 來源：電源網(wǎng) 第一講 LED 主要參數(shù)與特性 LED 是利用化合物材料制成 pn 結(jié)的光電器件。 它具備 pn 結(jié)結(jié)型器件的電學(xué)特性： I-V 特性、 C-V 特性和光學(xué)特性：光譜響應(yīng)特性、發(fā)光光強(qiáng)指向特性、時(shí)間特性以及熱學(xué)特性。本文將為你詳細(xì)介 紹。 1、LED 電學(xué)特性 、 1.1 I-V 特性 表征 LED 芯片 pn 結(jié)制備性能主要參數(shù)。LED 的 I-V 特性具有非線性、整流性質(zhì)：單向?qū)щ娦裕?即外加正偏

26、壓表現(xiàn)低接觸電阻，反之為高接觸電阻。 如上圖： （1） 正向死區(qū)：（圖 oa 或 oa段）a 點(diǎn)對(duì)于 V0 為開啟電壓，當(dāng) VVa，外加電場尚克服不少 因載流子擴(kuò)散而形成勢壘電場，此時(shí) R 很大；開啟電壓對(duì)于不同 LED 其值不同，GaAs 為 1V， 紅色 GaAsP 為 1.2V，GaP 為 1.8V，GaN 為 2.5V。 （2）正向工作區(qū)：電流 IF 與外加電壓呈指數(shù)關(guān)系 IF = IS (e qVF/KT 1) IS 為反向飽和電流。V0 時(shí)，VVF 的正向工作區(qū) IF 隨 VF 指數(shù)上升， IF = IS e qVF/KT （3）反向死區(qū) ：V0 時(shí) pn 結(jié)加反偏壓 V= - V

27、R 時(shí)，反向漏電流 IR（V= -5V）時(shí)，GaP 為 0V，GaN 為 10uA。 （4）反向擊穿區(qū) V- VR ，VR 稱為反向擊穿電壓；VR 電壓對(duì)應(yīng) IR 為反向漏電流。當(dāng)反向偏 壓一直增加使 V- VR 時(shí)，則出現(xiàn) IR 突然增加而出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象。由于所用化合物材料種類不同， 各種 LED 的反向擊穿電壓 VR 也不同。 1.2 C-V 特性 鑒于 LED 的芯片有 9×9mil (250×250um)，10×10mil，11×11mil (280×280um)， 12×12mil (300×300um)，故 pn

28、結(jié)面積大小不一，使其結(jié)電容（零偏壓）Cn+pf 左右。C-V 特性呈二次函數(shù)關(guān)系（如圖 2）。由 1MHZ 交流信號(hào)用 C-V 特性測試儀測得。 1.3 最大允許功耗 PFm 當(dāng)流過 LED 的電流為 IF、管壓降為 UF 則功率消耗為 P=UF×IF. LED 工作時(shí)，外加偏壓、偏流 一定促使載流子復(fù)合發(fā)出光，還有一部分變?yōu)闊?，使結(jié)溫升高。若結(jié)溫為 Tj、外部環(huán)境溫度為 Ta， 則當(dāng) TjTa 時(shí)，內(nèi)部熱量借助管座向外傳熱，散逸熱量（功率），可表示為 P = KT（Tj Ta）。 1.4 響應(yīng)時(shí)間 響應(yīng)時(shí)間表征某一顯示器跟蹤外部信息變化的快慢?，F(xiàn)有幾種顯示 LCD（液晶顯示）約 1

29、0-310-5S，CRT、PDP、LED 都達(dá)到 10-610-7S（us 級(jí)）。 1.響應(yīng)時(shí)間從使用角度來看，就是 LED 點(diǎn)亮與熄滅所延遲的時(shí)間，即圖 3 中 tr 、tf 。圖中 t0 值 很小，可忽略。 響應(yīng)時(shí)間主要取決于載流子壽命、器件的結(jié)電容及電路阻抗。LED 的點(diǎn)亮?xí)r間上升時(shí)間 tr 是指接通電源使發(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(shí) 間。LED 熄滅時(shí)間下降時(shí)間 tf 是指正常發(fā)光減弱至原來的 10%所經(jīng)歷的時(shí)間。 不同材料制得的 LED 響應(yīng)時(shí)間各不相同； GaAs、 如 GaAsP、 GaAlAs 其響應(yīng)時(shí)間10-9S， GaP 為

30、10-7 S。因此它們可用在 10100MHZ 高頻系統(tǒng)。 2 LED 光學(xué)特性 發(fā)光二極管有紅外（非可見）與可見光兩個(gè)系列，前者可用輻射度，后者可用光度學(xué)來量度其光學(xué) 特性。 2.1 發(fā)光法向光強(qiáng)及其角分布 I 2.1.1 發(fā)光強(qiáng)度（法向光強(qiáng)）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。 2.1.2 發(fā)光強(qiáng)度的角分布 I 是描述 LED 發(fā)光在空間各個(gè)方向上光強(qiáng)分布。 它主要取決于

31、封裝的工 藝（包括支架、模粒頭、環(huán)氧樹脂中添加散射劑與否） 為獲得高指向性的角分布（如圖 4） LED 管芯位置離模粒頭遠(yuǎn)些； 使用圓錐狀（子彈頭）的模粒頭； 封裝的環(huán)氧樹脂中勿加散射劑。 采取上述措施可使 LED 21/2 = 6°左右，大大提高了指向性。 當(dāng)前幾種常用封裝的散射角(21/2 角)圓形 LED：5°、10°、30°、45°。 2.2 發(fā)光峰值波長及其光譜分布 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

32、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)。 下圖繪出幾種由不同化合物半導(dǎo)體及摻雜制得 LED 光譜響應(yīng)曲線。其中 是藍(lán)色 InGaN/GaN 發(fā)光二極管，發(fā)光譜峰 p = 460465nm； 是綠色 GaP:N 的 LED，發(fā)光譜峰 p = 550nm； 是紅色 GaP:Zn-O 的 LED，發(fā)光譜峰 p = 680700nm； 是紅外 LED 使用 GaAs 材料，發(fā)光譜峰 p = 910nm； 是 Si 光電二極管，通常作光電接收用。 由圖可見，無論什么材料制成的 LED，都有一個(gè)相對(duì)光強(qiáng)度最強(qiáng)處（光輸出最大），與之相

33、對(duì)應(yīng)有 一個(gè)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(gè)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(duì)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。半高寬度 反映譜線寬窄，即 LED 單色性的參數(shù)，LED 半寬小于 40 nm。 主波長： 有的 LED 發(fā)光不單是單一色， 即不僅有一個(gè)峰值波長； 甚至有多個(gè)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(gè)峰

34、值波長，而主波長只有一 個(gè)，它會(huì)隨著 LED 長期工作，結(jié)溫升高而主波長偏向長波。 2.3 光通量 光通量 F 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。F 為 LED 向各個(gè)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?？梢姽?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)。 目前單色 LED 的光通量最大約 1 lm，白光 LED 的 F1.51.8 lm（小芯片），對(duì)于 1mm×1mm 的功率級(jí)芯 片制成白光 LED，其 F=18 lm。 2.4 發(fā)光效率和視

35、覺靈敏度 LED 效率有內(nèi)部效率 （pn 結(jié)附近由電能轉(zhuǎn)化成光能的效率） 與外部效率 （輻射到外部的效率） 。 前者只是用來分析和評(píng)價(jià)芯片優(yōu)劣的特性。LED 光電最重要的特性是用輻射出光能量（發(fā)光量）與 輸入電能之比，即發(fā)光效率。 視覺靈敏度是使用照明與光度學(xué)中一些參量。人的視覺靈敏度在 = 555nm 處有一個(gè)最大值 680 lm/w，若視覺靈敏度記為 K，則發(fā)光能量 P 與可見光通量 F 之間關(guān)系為 P=Pd ； F=KPd 發(fā)光效率量子效率 =發(fā)射的光子數(shù)/pn 結(jié)載流子數(shù)=（e/hcI）Pd。若輸入能量為 W=UI，則發(fā)光能量效率 P=P/W 若光子能量 hc=ev，則 P，則總光通

36、F=（F/P）P=KPW 式中 K= F/P。 流明效率：LED 的光通量 F/外加耗電功率 W=KP 它是評(píng)價(jià)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。 以下列出幾種常見 LED 流明效率（可見光發(fā)光效率）： 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。事實(shí)上， 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，式中 i 向?yàn)?p、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。 由于 LED 材料折射率很高 i3.6。當(dāng)芯片發(fā)

37、出光在晶體材料與空氣界面時(shí)（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(duì)光有相當(dāng)一部分的吸收，于是大大降低了外部出光效率。為了進(jìn)一步提高外部出光效率 e 可 采取以下措施： 用折射率較高的透明材料（環(huán)氧樹脂 n=1.55 并不理想）覆蓋在芯片表面； 把芯片晶體表面加工成半球形； 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。 2.5

38、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 BO=IO/A，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。 若光源表面是理想漫反射面，亮度 BO 與方向無關(guān)為常數(shù)。晴朗的藍(lán)天和熒光燈的表面亮度約為 7000Nit（尼特），從地面看太陽表面亮度約為 14×108Nit。 LED 亮度與外加電流密度有關(guān)，一般的 LED，JO（電流密度）增加 BO 也近似增大。另外，亮度 還與環(huán)境溫度有關(guān)，環(huán)境溫度升高，c（復(fù)合效率）下降，BO 減小。當(dāng)環(huán)境溫度不變，電流增大 足以引起 pn 結(jié)

39、結(jié)溫升高，溫升后，亮度呈飽和狀態(tài)。 2.6 壽命 老化：LED 發(fā)光亮度隨著長時(shí)間工作而出現(xiàn)光強(qiáng)或光亮度衰減現(xiàn)象。器件老化程度與外加恒流源 的大小有關(guān)，可描述為 Bt=BO e-t/，Bt 為 t 時(shí)間后的亮度，BO 為初始亮度。 通常把亮度降到 Bt=1/2BO 所經(jīng)歷的時(shí)間 t 稱為二極管的壽命。測定 t 要花很長的時(shí)間，通常以 推算求得壽命。 測量方法：給 LED 通以一定恒流源，點(diǎn)燃 103 104 小時(shí)后， 先后測得 BO ， Bt=100010000，代入 Bt=BO e-t/ 求出 ；再把 Bt=1/2BO 代入，可求出壽命 t。 長期以來總認(rèn)為 LED 壽命為 106 小時(shí)，這

40、是指單個(gè) LED 在 IF=20mA 下。隨著功率型 LED 開 發(fā)應(yīng)用，國外學(xué)者認(rèn)為以 LED 的光衰減百分比數(shù)值作為壽命的依據(jù)。 如 LED 的光衰減為原來 35%，壽命6000h。 3 熱學(xué)特性 LED 的光學(xué)參數(shù)與 pn 結(jié)結(jié)溫有很大的關(guān)系。 一般工作在小電流 IF10mA， 或者 1020 mA 長 時(shí)間連續(xù)點(diǎn)亮 LED 溫升不明顯。 若環(huán)境溫度較高，LED 的主波長或 p 就會(huì)向長波長漂移，BO 也會(huì)下降，尤其是點(diǎn)陣、大顯示 屏的溫升對(duì) LED 的可靠性、穩(wěn)定性影響應(yīng)專門設(shè)計(jì)散射通風(fēng)裝置。 LED 的主波長隨溫度關(guān)系可表示為： 由式可知，每當(dāng)結(jié)溫升高 10，則波長向長波漂移 1nm

41、，且發(fā)光的均勻性、一致性變差。這對(duì)于 作為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(qiáng)、光亮度的設(shè)計(jì)尤其應(yīng)注意 用散熱好的燈具外殼或?qū)ｉT通用設(shè)備、確保 LED 長期工作。 第二講 照明用 LED 驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)基礎(chǔ) LED 的排列方式及 LED 光源的規(guī)范決定著基本的驅(qū)動(dòng)器要求。LED 驅(qū)動(dòng)器的主要功能就是在一 定的工作條件范圍下限制流過 LED 的電流， 而無論輸入及輸出電壓如何變化。 最常用的是采用變 壓器來進(jìn)行電氣隔離。文中論述了 LED 照明設(shè)計(jì)需要考慮的因素 一、LED 驅(qū)動(dòng)器通用要求 驅(qū)動(dòng) LED 面臨著不少挑戰(zhàn)，如正向電壓會(huì)隨著溫度、電流的變化而變化，而不同個(gè)體、不同

42、批次、 不同供應(yīng)商的 LED 正向電壓也會(huì)有差異； 另外， LED 的“色點(diǎn)”也會(huì)隨著電流及溫度的變化而漂移。 另外，應(yīng)用中通常會(huì)使用多顆 LED，這就涉及到多顆 LED 的排列方式問題。各種排列方式中， 首 選驅(qū)動(dòng)串聯(lián)的單串 LED， 因?yàn)檫@種方式不論正向電壓如何變化、 輸出電壓(Vout)如何“漂移”， 均提供極佳的電流匹配性能。 當(dāng)然，用戶也可以采用并聯(lián)、串聯(lián)-并聯(lián)組合及交叉連接等其它排列方式，用于需要“相互匹配 的”LED 正向電壓的應(yīng)用，并獲得其它優(yōu)勢。如在交叉連接中，如果其中某個(gè) LED 因故障開路， 電路中僅有 1 個(gè) LED 的驅(qū)動(dòng)電流會(huì)加倍，從而盡量減少對(duì)整個(gè)電路的影響。 L

43、ED 的排列方式及 LED 光源的規(guī)范決定著基本的驅(qū)動(dòng)器要求。LED 驅(qū)動(dòng)器的主要功能就是在一 定的工作條件范圍下限制流過 LED 的電流， 而無論輸入及輸出電壓如何變化。LED 驅(qū)動(dòng)器基本 的工作電路示意圖如圖 2 所示，其中所謂的“隔離”表示交流線路電壓與 LED(即輸入與輸出)之間 沒有物理上的電氣連接，最常用的是采用變壓器來電氣隔離，而“非隔離”則沒有采用高頻變壓器來 電氣隔離。 值得一提的是， 照明設(shè)計(jì)中， 電源轉(zhuǎn)換與恒流驅(qū)動(dòng)這兩部分電路可以采用不同配 值得一提的是，在 LED 照明設(shè)計(jì)中，AC-DC 電源轉(zhuǎn)換與恒流驅(qū)動(dòng)這兩部分電路可以采用不同配 置： 1)整體式(integral)

44、配置，即兩者融合在一起，均位于照明燈具內(nèi)，這種配置的優(yōu)勢包括優(yōu)化能效 及簡化安裝等； 2)分布式(distributed)配置，即兩者單獨(dú)存在，這種配置簡化安全考慮，并增加靈活性。 LED 驅(qū)動(dòng)器根據(jù)不同的應(yīng)用要求，可以采用恒定電壓(CV)輸出工作，即輸出為一定電流范圍下鉗 位的電壓；也可以采用恒定電流(CC)輸出工作，輸出的設(shè)計(jì)能嚴(yán)格限定電流；也可能會(huì)采用恒流 恒壓(CCCV)輸出工作，即提供恒定輸出功率，故作為負(fù)載的 LED 的正向電壓確定其電流。 總的來看， 照明設(shè)計(jì)需要考慮以下幾方面的因素： 總的來看，LED 照明設(shè)計(jì)需要考慮以下幾方面的因素： 輸出功率：涉及 LED 正向電壓范圍、電

45、流及 LED 排列方式等 電源：AC-DC 電源、DC-DC 電源、直接采用 AC 電源驅(qū)動(dòng)? 功能要求：調(diào)光要求、調(diào)光方式(模擬、數(shù)字或多級(jí))、照明控制 其他要求：能效、功率因數(shù)、尺寸、成本、故障處理(保護(hù)特性)、要遵從的標(biāo)準(zhǔn)及可靠性等? 更多考慮因素：機(jī)械連接、安裝、維修/替換、壽命周期、物流等? 二、LED 驅(qū)動(dòng)電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 采用 AC-DC 電源的 LED 照明應(yīng)用中，電源轉(zhuǎn)換的構(gòu)建模塊包括二極管、開關(guān)(FET)、電感及電 容及電阻等分立元件用于執(zhí)行各自功能，而脈寬調(diào)制(PWM)穩(wěn)壓器用于控制電源轉(zhuǎn)換。 電路中通常加入了變壓器的隔離型 AC-DC 電源轉(zhuǎn)換包含反激、 正激及半橋等拓?fù)?/p>

46、結(jié)構(gòu)， 參見圖 3， 其中反激拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是功率小于 30 W 的中低功率應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)選擇，而半橋結(jié)構(gòu)則最適合于提供更 高能效/功率密度。 就隔離結(jié)構(gòu)中的變壓器而言， 其尺寸的大小與開關(guān)頻率有關(guān)， 且多數(shù)隔離型 LED 驅(qū)動(dòng)器基本上采用“電子”變壓器。 采用 DC-DC 電源的 LED 照明應(yīng)用中，可以采用的 LED 驅(qū)動(dòng)方式有電阻型、線性穩(wěn)壓器及開關(guān) 穩(wěn)壓器等，基本的應(yīng)用示意圖參見圖 4。電阻型驅(qū)動(dòng)方式中，調(diào)整與 LED 串聯(lián)的電流檢測電阻即 可控制 LED 的正向電流，這種驅(qū)動(dòng)方式易于設(shè)計(jì)、成本低，且沒有電磁兼容(EMC)問題，劣勢是 依賴于電壓、需要篩選(binning) LED，且能效較低。

47、 線性穩(wěn)壓器同樣易于設(shè)計(jì)且沒有 EMC 問題，還支持電流穩(wěn)流及過流保護(hù)(fold back)，且提供外 部電流設(shè)定點(diǎn)，不足在于功率耗散問題，及輸入電壓要始終高于正向電壓，且能效不高。開關(guān)穩(wěn)壓 器通過 PWM 控制模塊不斷控制開關(guān)(FET)的開和關(guān)，進(jìn)而控制電流的流動(dòng)。 開關(guān)穩(wěn)壓器具有更高的能效，與電壓無關(guān)，且能控制亮度，不足則是成本相對(duì)較高，復(fù)雜度也更高， 且存在電磁干擾(EMI)問題。LED DC-DC 開關(guān)穩(wěn)壓器常見的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括降壓(Buck)、升壓 (Boost)、降壓-升壓(Buck-Boost)或單端初級(jí)電感轉(zhuǎn)換器(SEPIC)等不同類型。 其中，所有工作條件下最低輸入電壓都大于

48、LED 串最大電壓時(shí)采用降壓結(jié)構(gòu)，如采用 24 Vdc 驅(qū) 動(dòng) 6 顆串聯(lián)的 LED；與之相反，所有工作條件下最大輸入電壓都小于最低輸出電壓時(shí)采用升壓結(jié) 構(gòu)，如采用 12 Vdc 驅(qū)動(dòng) 6 顆串聯(lián)的 LED；而輸入電壓與輸出電壓范圍有交迭時(shí)可以采用降壓升壓或 SEPIC 結(jié)構(gòu)，如采用 12 Vdc 或 12 Vac 驅(qū)動(dòng) 4 顆串聯(lián)的 LED，但這種結(jié)構(gòu)的成本及能 效最不理想。 采用交流電源直接驅(qū)動(dòng) LED 的方式近年來也獲得了一定的發(fā)展， 其應(yīng)用示意圖參見圖 5。這種結(jié) 構(gòu)中 LED 串以相反方向排列，工作在半周期，且 LED 在線路電壓大于正向電壓時(shí)才導(dǎo)通。這種 結(jié)構(gòu)具有其優(yōu)勢，如避免 A

49、C-DC 轉(zhuǎn)換所帶來的功率損耗等。但是，這種結(jié)構(gòu)中 LED 在低頻開關(guān)， 故人眼可能會(huì)察覺到閃爍現(xiàn)象。此外，在這種設(shè)計(jì)中還需要加入 LED 保護(hù)措施，使其免受線路浪 涌或瞬態(tài)的影響。 三、 功率因數(shù)校正 美國能源部(DOE)“能源之星”(ENERGYSTAR)固態(tài)照明(SSL)規(guī)范中規(guī)定任何功率等級(jí)皆須強(qiáng)制 提供功率因數(shù)校正(PFC)。這標(biāo)準(zhǔn)適用于一系列特定產(chǎn)品，如嵌燈、櫥柜燈及臺(tái)燈，其中，住宅應(yīng) 用的 LED 驅(qū)動(dòng)器功率因數(shù)須大于 0.7，而商業(yè)應(yīng)用中則須大于 0.9；但是，這標(biāo)準(zhǔn)屬于自愿性標(biāo) 準(zhǔn)。 歐盟的 IEC61000-3-2 諧波含量標(biāo)準(zhǔn)中則規(guī)定了功率大于 25 W 的照明應(yīng)用的總諧

50、波失真性 能，其最大限制相當(dāng)于總諧波失真(THD)< 35%，而功率因數(shù)(PF)>0.94。 雖然不是所有國家都絕對(duì)強(qiáng)制要求照明應(yīng)用中改善功率因數(shù)，但某些應(yīng)用可能有這方面的要求，如 公用事業(yè)機(jī)構(gòu)大力推動(dòng)擁有高功率因數(shù)的產(chǎn)品在公用設(shè)施中的商業(yè)應(yīng)用，此外，公用事業(yè)機(jī)構(gòu)購入 /維護(hù)街燈時(shí)，也可以根據(jù)他們的意愿來決定是否要求擁有高功率因數(shù)(通常>0.95+)。 PFC 技術(shù)包括無源 PFC 及有源 PFC 兩種。無源 PFC 方案的體積較大，需要增加額外的元件來 更好地改變電流波形，能夠達(dá)到約 0.8 或更高的功率因數(shù)。其中，在小于 5 W 至 40 W 的較低 功率應(yīng)用中，幾乎是標(biāo)

51、準(zhǔn)選擇的反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)只需要采用無源元件及稍作電路改動(dòng)，即可實(shí)現(xiàn)高 于 0.7 的功率因數(shù)。 有源 PFC(見圖 6)通常是作為一個(gè)專門的電源轉(zhuǎn)換段增加到電路中來改變輸入電流波形。 有源 PFC 通常提供升壓，交流 100 至 277 Vac 的寬輸入范圍下，PFC 輸出電壓范圍達(dá)直流 450 至 480 Vdc。如果恰當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì) PFC 段，可以提供 91%到 95%的高能效。但增加了有源 PFC，仍然需要 專門的 DC-DC 轉(zhuǎn)換來提供電流穩(wěn)流。 四、能效問題 LED 照明應(yīng)用的能效需要結(jié)合功率輸出來考慮。美國“能源之星”固態(tài)照明規(guī)范規(guī)定了照明器具級(jí) 的能效，但并不涉及單獨(dú) LED 驅(qū)動(dòng)器的

52、能效要求。如前所述，采用 AC-DC 電源的 LED 應(yīng)用可 以采用兩段式分布拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)， 故可能采用外部 AC-DC 適配器供電。 而“能源之星”的確包含有關(guān)單輸出外部電源的規(guī)范，其 2.0 版外部電源規(guī)范于 2008 年 11 月開 始生效， 要求標(biāo)準(zhǔn)工作模式下最低能效達(dá) 87%， 而低壓工作模式下最低能效達(dá) 86%； 在此規(guī)范中， 功率大于 100 W 時(shí)才要求 PFC。 而在采用 AC-DC 電源的 LED 應(yīng)用中，要提供更高的 AC-DC 轉(zhuǎn)換能效，就涉及到成本、尺寸、 性能規(guī)范及能效等因素之間的折衷問題。例如，若使用更高質(zhì)量的元件、更低導(dǎo)通阻抗(RDSon)， 就可降低損耗及改善能效

53、；降低開關(guān)頻率一般會(huì)改善能效，但卻會(huì)增加系統(tǒng)尺寸。諸如諧振這樣新 的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)提供更高能效，卻也增加設(shè)計(jì)及元件的復(fù)雜度。如果我們將設(shè)計(jì)限定在較窄的功率及電 壓范圍，則可以幫助優(yōu)化能效。 五、驅(qū)動(dòng)器標(biāo)準(zhǔn) LED 驅(qū)動(dòng)器本身也在不斷演進(jìn)， 著重于進(jìn)一步提高能效、 增加功能及功率密度。 美國“能源之 星”的固態(tài)照明規(guī)范提出的是照明器具級(jí)的能效限制，涉及包括功率因數(shù)在內(nèi)的特定產(chǎn)品要求。而 歐盟的 IEC 61347-2-13 (5/2006)標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)采用直流或交流供電的 LED 模塊的要求包括： 最大安全特低電壓(SELV)工作輸出電壓25 Vrms (35.3? Vdc) 不同故障條件下“恰當(dāng)”/安全

54、的工作? 故障時(shí)不冒煙或易燃? 此外，ANSI C82.xxx LED 驅(qū)動(dòng)器規(guī)范仍在制定之中。而在安全性方面，需要遵從 UL、CSA 等 標(biāo)準(zhǔn)，如 UL1310 (Class 2)、UL 60950、UL1012。此外，LED 照明設(shè)計(jì)還涉及到產(chǎn)品壽命周 期及可靠性問題。 1 2 3 4 責(zé)任編輯：電源網(wǎng)左然 來源：電子元件技術(shù)網(wǎng) 如何讓 LED 光源燈具符合 EMC 標(biāo)準(zhǔn) 中心論題： 中心論題： 濾波器的設(shè)計(jì)原理 分析轉(zhuǎn)換器和 EMI 濾波器的設(shè)計(jì)原理 選擇將轉(zhuǎn)換器和 EMI 濾波器都集成到標(biāo)準(zhǔn)燈殼的設(shè)計(jì) 解決方案： 解決方案： 使用體積更小的 EMI 濾波器 采用了小型 SO-8 封裝有

55、利于應(yīng)用到降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 引言 作為白熾燈的替換品，LED 燈近年來才開始推出市場，但卻面臨著諸多難題。由于將 LED 功率驅(qū) 動(dòng)電路裝入標(biāo)準(zhǔn)燈殼具有難度，因此早期的一些 LED 燈并沒有內(nèi)部濾波器，也就談不上符合 EMC 標(biāo)準(zhǔn)。而且，其中很多的 LED 燈都采用了低效能的電容降壓式電源，而不是開關(guān)式鎮(zhèn)流器。這種 方法可造成 AC 市電電流不平衡，因而導(dǎo)致某些設(shè)備的電能質(zhì)量問題。同時(shí)符合 EMC 法規(guī)和電能 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是非常重要的問題，必須引起重視。 本文將介紹一種基于 LinkSwitch-TN 系列小型 SO-8 封裝電源 IC 的電子鎮(zhèn)流器，該方案符合標(biāo) 準(zhǔn)燈殼空間限制要求以及 EN5502

56、2A EMI 標(biāo)準(zhǔn)。 設(shè)計(jì)目標(biāo) 本設(shè)計(jì)用于為一串額定電流為 300 mA 的三個(gè) HB LED(相當(dāng)于 10W 的標(biāo)準(zhǔn)白熾燈)供電。在正常 工作情況下，輸出電壓被串聯(lián) LED 的正向壓降箝位在約 9.5 VDC，但該電路必須達(dá)到 12 VDC， 以便為二極管的性能變化留出余地。其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為開關(guān)式恒流離線式降壓穩(wěn)壓器，能夠在整個(gè) 85 至 265 VAC 通用輸入范圍內(nèi)和 47 至 64 Hz 的線電壓頻率下進(jìn)行工作。 其它設(shè)計(jì)目標(biāo)包括高效能、 低成本及符合 EN55022A EMI 要求。該設(shè)計(jì)可以集成到標(biāo)準(zhǔn)燈殼中(Edison 螺口燈泡和卡口鹵素 燈均可)，非常便于替換現(xiàn)有的燈泡。而且，還可

57、以利用設(shè)計(jì)工具和應(yīng)用程序輔助完成該設(shè)計(jì)，以 盡可能縮短新的 HB LED 燈的上市時(shí)間。 EMI 符合性考量 由于空間和成本限制，市場上有很多 LED 燈其設(shè)計(jì)并不符合傳導(dǎo) EMI 規(guī)范。但本文中的設(shè)計(jì)利用 了集成到 PI 的 LinkSwitch-TN 功率轉(zhuǎn)換 IC 中的頻率調(diào)制特性，因此可以使用體積更小的 EMI 濾波器。 方案細(xì)節(jié) PI 的 LinkSwitch-TN LNK306DN 集成功率轉(zhuǎn)換 IC 中含有一個(gè)完全集成的 700 V 功率 MOSFET，因而無需外部電源器件。離線式非隔離降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以在連續(xù)導(dǎo)通模式下以 66 KHz 的最大頻率進(jìn)行工作。該頻率采用 4 kHz

58、的峰峰值頻率抖動(dòng)進(jìn)行調(diào)制，可以簡化對(duì) EMI 濾波器的 設(shè)計(jì)要求。雖然本設(shè)計(jì)采用了降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，但這種 IC 還可以配置為降壓-升壓轉(zhuǎn)換器。而非常關(guān) 鍵的一點(diǎn)是，LinkSwitch-TN LNK306DN 采用了小型 SO-8 封裝，這對(duì)于此應(yīng)用的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而 言是個(gè)很大的優(yōu)勢。 轉(zhuǎn)換器和 EMI 濾波器的設(shè)計(jì)原理如圖 1 所示。根據(jù)電流檢測電阻器 R8 和 R10 之間的壓降，電流 控制環(huán)路被設(shè)置為所需的恒定電流值。雖然標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)支持的是 300 mA 的電流，但仍可以輕易適 應(yīng)最高 360 mA 的輸出電流。Q1 和 Q2 可以放大檢測到的壓降，以便使用電阻較低的電流檢測電 阻器來最大程度地降低功率耗散。EMI 濾波器采用 pi 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并含有一個(gè)可熔阻燃電阻 RF1， 以用于過載保護(hù)。 圖 1 轉(zhuǎn)換器與 EMI 濾波器電路 設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換器和 EMI 濾波器時(shí)只需要 25 個(gè)器件，完全不需要 PCB 和連接器件。在參考材料中可以 找到有關(guān)該設(shè)計(jì)的完整元件列表。 該應(yīng)用的電氣設(shè)計(jì)對(duì)于這款成熟的功率轉(zhuǎn)換 IC 而言，顯得相當(dāng)陳舊。最大的挑戰(zhàn)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，特 別是將轉(zhuǎn)換器和 EMI 濾波器都集成到標(biāo)準(zhǔn)燈殼的設(shè)計(jì)。 然而， 該設(shè)計(jì)正好能裝入 Edison 螺口燈座 (E27)和鹵素?zé)艨跓糇?GU 10)。 早在設(shè)計(jì)之初，我們便清楚：如果圓形 PCB 大得能夠容納所有轉(zhuǎn)換器和 EM