【正文】 內(nèi)，可直接用于市電(220V／AC)，每套價(jià)格在116萬(wàn)～214萬(wàn)日元(約合人民幣1200~1800元之間，光源壽命4萬(wàn)小時(shí)；德國(guó)Hella公司利用白光LED開(kāi)發(fā)了飛機(jī)閱讀燈；澳大利亞首都堪培拉的一條街道已用了白光LED作路燈照明[3]。明達(dá)光電(廈門)有限公司也己開(kāi)始試生產(chǎn)大功率白光LED路燈，該產(chǎn)品已在廠區(qū)內(nèi)安裝,其驅(qū)動(dòng)電路安裝在燈桿底部，亮度比普通路燈高，且壽命長(zhǎng)，免維護(hù)，每套燈具成本約1萬(wàn)元人民幣。面對(duì)LED照明市場(chǎng)的巨大誘惑，世界三大照明工業(yè)巨頭：通用電氣、飛利浦和奧斯拉姆集團(tuán)已紛紛成立LED照明企業(yè)，并提出要在2010年前使LED燈的發(fā)光效率提高8倍價(jià)格降低到1%。若此目標(biāo)能得以實(shí)現(xiàn)，那么LED燈具將完全取代傳統(tǒng)的白熾燈和熒光燈心[4]。國(guó)內(nèi)很多廠家也研制了LED日光燈、壁燈、吊燈等。如深圳市鑫明蕊科技有限公司研制18W的LED日光燈；深圳市晶明固體光源有限公司研制的LED日光燈綜合應(yīng)用LED電光源，超高亮度，顯色指數(shù)高，是最新型的室內(nèi)照明產(chǎn)品不需使用鎮(zhèn)流器、啟輝器，無(wú)頻閃；浙江星碧照明科技有限公司研制的LED吊燈。 LED驅(qū)動(dòng)電路現(xiàn)狀 基于發(fā)光二極管的半導(dǎo)體照明光源與燈具的制造是下游產(chǎn)業(yè)。驅(qū)動(dòng)電路屬于下游產(chǎn)業(yè)中技術(shù)含量較高的領(lǐng)域。雖然LED驅(qū)動(dòng)部分占LED燈具的成本比重只有1/9，但若沒(méi)有高性能驅(qū)動(dòng)電路的配合，LED的優(yōu)點(diǎn)根本沒(méi)辦法發(fā)揮。由于先進(jìn)的集成工藝，驅(qū)動(dòng)電路外圍原件越來(lái)越少，電路核心在于集成驅(qū)動(dòng)芯片的設(shè)計(jì)。 白光LED的應(yīng)用場(chǎng)合從手機(jī)、手持式裝置、液晶面板背光源、汽車頭燈到戶外、辦公室與家中的燈光來(lái)源等等。由于通用室內(nèi)照明還沒(méi)有普及，驅(qū)動(dòng)IC主要集中在低壓便攜式電子設(shè)備領(lǐng)域。汽車照明和道路交通照明的應(yīng)用需求使得相關(guān)驅(qū)動(dòng)IC隨之增加。 LED驅(qū)動(dòng)將往高效率、更高驅(qū)動(dòng)能力、小體積、高集成度、低電磁干擾、可靠性方向發(fā)展。在避免電磁干擾的情況下，縮小儲(chǔ)能器件的體積，提高效率依然是未來(lái)發(fā)展的重點(diǎn)。隨著新技術(shù)的成熟，LED驅(qū)動(dòng)控制將與電源技術(shù)、太陽(yáng)能等技術(shù)有機(jī)地結(jié)合。雖然LED作為照明光源有如此多的優(yōu)點(diǎn)，但由于超高亮LED也具有效率低、需要嚴(yán)格控制溫度、價(jià)格高這樣的缺點(diǎn)，近期內(nèi)還不可能全面替代目前普遍使用的白熾燈或熒光燈。要做好半導(dǎo)體燈必須解決好三個(gè)方面的問(wèn)題：(1)有光效高、成本低、壽命長(zhǎng)的發(fā)光管．單純的增加輸入功率，亮度也會(huì)增加，但LED芯片的發(fā)熱量也會(huì)隨之增加，過(guò)多的發(fā)熱將損壞它的結(jié)晶和封箱而縮短其壽命，因此使輸入功率電能高效的轉(zhuǎn)為光能是重要的關(guān)鍵技術(shù)。(2)有工作可靠、性能好、成本低的驅(qū)動(dòng)器。由于單個(gè)LED功率小，光亮度低，對(duì)于照明來(lái)說(shuō)，不可能單獨(dú)使用，為此必須將多個(gè)LED組裝在儀器，設(shè)計(jì)成為使用的LED照明系統(tǒng)。這就存在LED選擇，使其特性保持相近的問(wèn)題。由于多個(gè)LED在儀器組裝，還要考慮其中一個(gè)或一些LED出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)不能影響LED的照明，這就有一個(gè)電路保護(hù)的要求。(3)有熱設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、造型設(shè)計(jì)好的燈體。LED在照明過(guò)程中，同樣會(huì)出現(xiàn)發(fā)熱的現(xiàn)象，特別是多個(gè)LED組裝工作時(shí)，就有考慮其散熱問(wèn)題。在這三個(gè)問(wèn)題中，發(fā)光管可以到生產(chǎn)廠家選用合適的產(chǎn)品，燈體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)許多打算生產(chǎn)半導(dǎo)體燈的廠家自己都有能力解決。但是對(duì)于不同的原始電源怎樣針對(duì)不同燈型做合適的電源變換驅(qū)動(dòng)發(fā)光管，確是做好半導(dǎo)體燈的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。針對(duì)不同的應(yīng)用設(shè)計(jì)不同的驅(qū)動(dòng)器，這就使驅(qū)動(dòng)器的規(guī)格品種繁多，電路結(jié)構(gòu)各異?？紤]到在不久的將來(lái)LED會(huì)進(jìn)入千家萬(wàn)戶，故研究交流市電作為主要電源來(lái)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)技術(shù)，具有重要的意義。第二章 LED原理及驅(qū)動(dòng)分析 LED發(fā)光原理用于照明的電光源，根據(jù)發(fā)光的機(jī)理主要可分為熱輻射光源、氣體放電光源和場(chǎng)致發(fā)光光源等幾大類。目前廣泛應(yīng)用的是以白熾燈為代表熱輻射光源和以熒光燈為代表的氣體放電線光源，而場(chǎng)致發(fā)光則是一種正在發(fā)展中的新型面光源。場(chǎng)致發(fā)光又成為電致發(fā)光，根據(jù)發(fā)光原理的區(qū)別，場(chǎng)致發(fā)光有本征場(chǎng)致發(fā)光和注入式場(chǎng)致發(fā)光之分，半導(dǎo)體發(fā)光二極管的發(fā)光為注入式發(fā)光，是一種固體在電場(chǎng)作用下直接發(fā)光的一種現(xiàn)象。半導(dǎo)體發(fā)光二極管發(fā)光原理：發(fā)光二極管是有III一IV族化合物，如GaP(磷化鎵)、GaAsP(磷砷化鎵)等半導(dǎo)體制成的。發(fā)光二極管的核心部分是由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體組成的晶片，在P型和B型半導(dǎo)體之間有一個(gè)過(guò)渡層，成為PN結(jié)，因此它具有一般PN結(jié)的I—U特性，即正向?qū)?，反向截止，擊穿特性；此外在一定的條件下，它還具有發(fā)光特性。制作半導(dǎo)體發(fā)光二極管的材料是重?fù)诫s的，熱平衡狀態(tài)下的N區(qū)有很多遷移率很高的電子，P區(qū)有較多的遷移率較低的空穴。由于PN結(jié)阻擋層的限制，在常態(tài)下，二者不能發(fā)生自然復(fù)合。當(dāng)發(fā)光二極管PN結(jié)上加正向電壓時(shí)，空間電荷層變窄，載流子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)大于漂移運(yùn)動(dòng)，致使P區(qū)的空穴注入N區(qū)，N區(qū)的電子注入P區(qū)。于是在PN結(jié)附近稍偏于P區(qū)一邊的地方，處于高能態(tài)的電子與空穴相遇復(fù)合時(shí)會(huì)把多余的能量釋放并以發(fā)光的形式表現(xiàn)出來(lái)，從而把電能直接轉(zhuǎn)化成光能，這種復(fù)合所發(fā)出的光屬于自發(fā)輻射。當(dāng)在發(fā)光二極管的PN結(jié)上加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。發(fā)光的波長(zhǎng)取決于材料的禁帶寬度，所以選用不同禁帶寬度的半導(dǎo)體材料，就可以制造出發(fā)光顏色不同的發(fā)光二極管。現(xiàn)在常見(jiàn)的有紅、黃、綠、藍(lán)發(fā)光二極管，其中藍(lán)色發(fā)光二極管生產(chǎn)的技術(shù)要求較高，因此價(jià)格高，使用不是很普遍。對(duì)于一般照明而言，人們更需要白色的光源。1998年發(fā)白光的LED開(kāi)發(fā)成功。這種LED是將GaN芯片和釔鋁石榴石(YAG)封裝在一起做成。GaN芯片發(fā)藍(lán)光(允。=465nm，Wb=30nm)，高溫?zé)Y(jié)制成的含Q3+的YAG熒光粉受此藍(lán)光激發(fā)后發(fā)出黃色光，峰值550nm。藍(lán)光LED基片安裝在碗形反射腔中，覆蓋以混有YAG的樹(shù)脂薄層，約200—500nm。LED基片發(fā)出的藍(lán)光部分被熒光粉收，另一部分藍(lán)光與熒光粉發(fā)出的黃光混合，可以得到白光1。這種通過(guò)藍(lán)光LED得到白光的方法，構(gòu)造簡(jiǎn)單、成本低廉、技術(shù)成熟度高，因此運(yùn)用最多。發(fā)光二極管發(fā)光亮度可以通過(guò)工作電壓(電流)的大小來(lái)調(diào)節(jié)，在很寬的工作電流范圍內(nèi)，發(fā)光二極管的發(fā)光亮度與工作電流大小成線性關(guān)系[7]。圖21所示為白色LED電流大小與光功率之間的折線圖。 LED電流mA圖21 LED電流和功率的關(guān)系發(fā)光二極管和普通二極管一樣是一種用半導(dǎo)體材料制作的P／N結(jié)器件，除了能發(fā)光之外，其他特性和普通二極管相似。發(fā)光二極管以下的2個(gè)如下：(1)單向?qū)щ娦?。發(fā)光二極管和普通二極管一樣具有單向?qū)щ姷奶匦?，即在發(fā)光二極管的正極加正電壓，負(fù)極加負(fù)電壓時(shí)發(fā)光二極管導(dǎo)通發(fā)光，相反則不導(dǎo)通也就不能發(fā)光。這就決定了發(fā)光管必須使用直流電源或者單向脈動(dòng)電源供電。(2)發(fā)光二極管有負(fù)溫度系數(shù)的勢(shì)壘電勢(shì)。發(fā)光二極管上施加的正向電壓低于某個(gè)電壓值時(shí)發(fā)光二極管不導(dǎo)電，但外加電壓一旦超過(guò)這一電壓值時(shí)發(fā)光二極管的電流就會(huì)隨著外加電壓的變化急劇增加，對(duì)外電路呈現(xiàn)很低的動(dòng)態(tài)電阻，這一電壓值就是發(fā)光二極管的勢(shì)壘電勢(shì)，不同顏色的發(fā)光管其勢(shì)壘電勢(shì)不同。紅外線管最低，大約l伏多。，黃光管2伏左右，藍(lán)光管和白光管3伏多。并且發(fā)光管的勢(shì)壘電勢(shì)具有負(fù)的溫度系數(shù)，即隨著溫度的升高勢(shì)壘電勢(shì)會(huì)降低，使用中的外特性表現(xiàn)為隨著溫度的升高管壓降低。LED電流LED電壓圖22 電壓與電流關(guān)系從上圖22曲線可見(jiàn)，當(dāng)加在其上的正向電壓小于開(kāi)啟電壓時(shí)，正向電流很小，亮度很低。當(dāng)加在其上的正向電壓超過(guò)了開(kāi)啟電壓時(shí)，LED開(kāi)始導(dǎo)通并發(fā)光。隨著正向電壓的進(jìn)一步加大，正向電流突然地上升，發(fā)光的亮度也逐漸加大，正向電壓與正向電流基本上呈現(xiàn)出線性的關(guān)系，因此必須要嚴(yán)格控制正向電流的大小，防止在使用的過(guò)程中超過(guò)其最大電流而嚴(yán)重縮短其使用壽命，甚至于造成永久性的損壞。 LED的選擇目前普通的草帽白光LED(直徑5mm，—，工作電流lO20mh)，單個(gè)光通量在451m，—。單個(gè)食人魚(yú)1w的LED(扁平狀，—，工作電流300—350mA)，光通量在30501m，售價(jià)為20元以上。若是單個(gè)3W、5w的LED器件，售價(jià)會(huì)更貴。即使是1w的LED，其30401m的光通量，相對(duì)于普通照明而言仍然太小，一只普通的60W白熾燈的光通量大于7001m。也就是說(shuō)，要代替?zhèn)鹘y(tǒng)照明需要多個(gè)LED器件，10個(gè)1w美人魚(yú)白光LED售價(jià)為200元，100個(gè)草帽白光LED為25元，還要加上點(diǎn)燈線路、燈殼、燈頭等，如此高的成本是白光LED在普通照明中的最大問(wèn)題。同時(shí)，由于LED芯片的表面面積均為小于lmm2，工作時(shí)電流密度大，二極管內(nèi)發(fā)熱嚴(yán)重，如不加以疏導(dǎo)，將使芯片損壞，由于照明要求多個(gè)LED組合而成，LED密集度大，長(zhǎng)時(shí)間發(fā)光溫升在所難免。而單個(gè)1w以上的大功率白光LED，由于自身的發(fā)光芯片表面面積較大，所以發(fā)光芯片中心部位散熱更加困難。實(shí)際的生產(chǎn)中，白光LED仍然沒(méi)有能完全解決這一問(wèn)題，也就是說(shuō)，相對(duì)而言,1W以上的美人魚(yú)白光LED，要比普通的草帽LED，壽命小的多。因此，在比較了價(jià)格和單個(gè)LED的流明及效率后，本設(shè)計(jì)選用普通的草帽LED，預(yù)計(jì)使用100個(gè)。而單個(gè)1w以上的大功率LED是大勢(shì)所趨，所以本設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電源，要能方便的調(diào)整輸出電壓，以適應(yīng)不同的工作電路。在大電流工作時(shí)，隨著點(diǎn)燃時(shí)間增長(zhǎng)，LED自身光衰加上熒光粉及封裝材料的劣化等造成光通下降，照明領(lǐng)域通常將光通下降到初始值的某一百分值定義為燈的有效壽命結(jié)束了。因此使用中發(fā)光管實(shí)際工作電流的確定也十分重要，這也是選用驅(qū)動(dòng)器的依據(jù)。以白光發(fā)光管為例，對(duì)于一般5mm的小功率發(fā)光管，廠家產(chǎn)品樣本上給的正向電流的技術(shù)指標(biāo)一般是20mA，但實(shí)踐證明，普通小功率發(fā)光管在20mA正向電流下連續(xù)使用光衰很快，在15—18mA電流下工作比較合適。對(duì)于1瓦的大功率白、藍(lán)光發(fā)光管，廠家產(chǎn)品樣本上給的正向電流技術(shù)指標(biāo)一般是350mA，可是，1瓦的白、如果散熱不太好長(zhǎng)期工作會(huì)加快光衰。一般連續(xù)工作的1瓦藍(lán)、白光發(fā)光管應(yīng)該給到300一320mA電流．當(dāng)然，由于大功率發(fā)光管的穩(wěn)定性比較好，如果散熱條件好也可以給320—340mA正向電流。實(shí)際使用中，不管是大功率管還是小功率管，使用中電流也不能太小，否則實(shí)際功率比標(biāo)稱值小的太多，影響亮度。圖23 并聯(lián)（左）和串連（右）發(fā)光管實(shí)際制作半導(dǎo)體燈時(shí)，常常使用多只發(fā)光管，這就有個(gè)發(fā)光管的連接方式問(wèn)題。對(duì)于發(fā)光管來(lái)說(shuō)，應(yīng)該優(yōu)先選用串聯(lián)連接，如圖23。發(fā)光管的管壓降呈現(xiàn)負(fù)的溫度系數(shù)，直接并聯(lián)，如圖23時(shí)各并聯(lián)發(fā)光管管壓降不可能完全相同，這樣并聯(lián)管之間的電流就會(huì)略有差異，使用時(shí)管壓降略低的管電流略大，其溫升就會(huì)比其他相并聯(lián)的管高，溫升高的管管壓降會(huì)降低的比較多，這樣就導(dǎo)致其電流進(jìn)一步加大，電流大引起更大的溫升，使其管壓降進(jìn)一步降低，如此熱電正反饋使電流逐漸向管壓降小的發(fā)光管偏移，最終導(dǎo)致其失效。因此，應(yīng)該優(yōu)先串聯(lián)使用發(fā)光管。串聯(lián)使用只有一個(gè)問(wèn)題，即一只LED不亮導(dǎo)致此路其他發(fā)光管都不亮。但實(shí)際使用證明，在驅(qū)動(dòng)電流正常的情況下，即使發(fā)光管自身發(fā)生故障一般也保持通路狀態(tài)，其他發(fā)光管照樣亮。如果驅(qū)動(dòng)器損壞大電流沖擊燒毀發(fā)光管，常常會(huì)使發(fā)光管內(nèi)部引線燒斷開(kāi)路，但是，驅(qū)動(dòng)器都?jí)牧司褪前l(fā)光管并聯(lián)整個(gè)燈也不亮了。所以還是應(yīng)該優(yōu)先選用發(fā)光管串聯(lián)結(jié)構(gòu)。如果使用的管數(shù)較多時(shí)全部串聯(lián)不可能，也只好連串帶并，但各串并聯(lián)管之間必須要有均流措施，最簡(jiǎn)單的均流措施就是在每一串并聯(lián)管中串聯(lián)一個(gè)電阻n們牽制電流的偏移。電阻上的壓降太大，使功耗增加，壓降太小則均流效果不好，一般可以取串聯(lián)LED燈總壓降的5%左右。本設(shè)計(jì)中，采用十個(gè)LED串聯(lián)，由驅(qū)動(dòng)電源提供+35V電壓。串聯(lián)之后再并聯(lián)。 LED驅(qū)動(dòng)器介紹實(shí)際應(yīng)用中種類繁多的驅(qū)動(dòng)器按照工作特點(diǎn)可以分為兩大類：直流供電的驅(qū)動(dòng)器和交流供