【正文】 電子器件。LED是一種半導(dǎo)體二極管，與普通半導(dǎo)體二極管一樣有兩個電極(正極和負極)。LED在工作時需外加電源，外加的電能也是由這兩個正、負電極加入到半導(dǎo)體二極管內(nèi)。LED在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上有和半導(dǎo)體二極管相似的p區(qū)和n區(qū)，p區(qū)和n區(qū)相交的界面形成pn結(jié)。LED與普通半導(dǎo)體二極管一樣是一種允許電流單向?qū)ǖ钠骷ED的電流大小是由加在二極管兩端的電壓大小來控制的。根據(jù)加在二極管兩端的電壓大小，利用通過LED的電流始終使pn結(jié)發(fā)光【3】。 LED的特點 LED通過pn結(jié)實現(xiàn)電光轉(zhuǎn)換，其特點如下。（1） 節(jié)能。LED具有電壓低、電流小、亮度高的特性。其發(fā)光效率比傳統(tǒng)光源節(jié)能80%~90%。預(yù)計幾年后，白光LED的發(fā)光效率有可能達到150~200 lm遠遠超過了現(xiàn)在其它照明光源的發(fā)光效率。（2） 環(huán)保。 LED為冷光源，眩光小，無輻射，使用中不產(chǎn)生有害物質(zhì)。LED的環(huán)保效益好，光譜中沒有紫外線和紅外線，而且廢棄物可回收，不含汞元素，可以安全觸摸，屬于典型的綠色照明光源。（3） 壽命長。 LED單管壽命為10萬小時，光源壽命在2萬小時以上，按每天工作12h計算，壽命也在5年以上。而普通白熾燈的壽命約為1000h，熒光燈、金屬鹵化物燈的壽命也不超過10000h。（4） 結(jié)構(gòu)牢固。 LED利用固態(tài)半導(dǎo)體芯片將電能轉(zhuǎn)化為光能，外加環(huán)氧樹脂封裝，體內(nèi)也沒有松動的部分，不存在燈絲發(fā)光易燒、熱沉淀、光衰等缺點，可承受高強度機械沖擊。（5） 光色單純，種類多。 LED的光譜窄，單色性好，幾乎所有發(fā)出的光都可以利用，而且無需過濾直接發(fā)出色光。LED光源可利用紅、綠、藍三基色原理，在計算機技術(shù)的控制下使3種顏色具有256級灰度并任意混合，可產(chǎn)生256x256x256（即16777216）種顏色，形成不同光色的組合。LED組合的光色變化多端，可實現(xiàn)豐富多彩的動態(tài)變化效果及各種圖像。（6） 安全可靠。 LED光源使用低電壓驅(qū)動，發(fā)光穩(wěn)定，沒有采用50HZ交流電供電時的頻閃現(xiàn)象，沒有紫外線B波段，Ra值接近100，色溫為5000K，接近太陽的色溫5500K。LED的發(fā)熱量低，并能精確控制光型及發(fā)光角度，光色柔和。（7） 快速響應(yīng)。 LED的響應(yīng)時間很短，能按要求保證多個光源之間或一個光源不同區(qū)域之間的工作切換。采用專用電源給LED光源供電時，達到最大照度的時間小于10ms。綜上所述，LED是一種符合綠色照明要求的光源。所謂“綠色照明”的概念就是指通過科學(xué)的照明設(shè)計，采用效率高、壽命長、安全和性能穩(wěn)定的照明產(chǎn)品，可以提高人們的工作、學(xué)習(xí)、生活的條件與質(zhì)量，從而創(chuàng)造一個高效、舒適、安全、經(jīng)濟、有益的環(huán)境。盡管LED具有很多優(yōu)點，但目前仍存在下述缺點。（1） 功耗低。 市面上的單體LED光源的功率一般在5W以下，很少有大功率的LED光源，這是LED在照明領(lǐng)域發(fā)展的一個阻礙。（2） 需要嚴格控制溫度。 LED是一種半導(dǎo)體器件，與普通二極管一樣具有pn結(jié)，由于LED光源的功率相對較大，所以，與功率半導(dǎo)體相同，需要考慮散熱問題。結(jié)溫過高會直接影響LED的壽命，并且會增大LED的光衰，情況嚴重的會將LED燒壞。（3）價格高。 雖然LED目前已被大多數(shù)人認識，也被多數(shù)人看好，但其高昂的價格難以被消費者接受。白光LED的價格以達到了2~5元一個。如果將幾十個單體LED組合，其成本將大大增加。LED要成為未來照明的主流光源，就一定要朝著大流明方向發(fā)展，其成本才有可能降低，市場才有可能突破。 LED的發(fā)光原理及主要參數(shù) LED的發(fā)光原理發(fā)光二極管是由ⅢⅣ族化合物，如GaAs（砷化鎵）、GaP（磷化鎵）、GaAs（磷砷化鎵）等半導(dǎo)體制成的，其核心是pn結(jié)。因此它具有一般pn結(jié)的IN特性，即正向?qū)?，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(shù)載流子（少子）一部分與多數(shù)載流子（多子）復(fù)合而發(fā)光，如圖21所示。圖 21 LED發(fā)光原理 LED的主要參數(shù)1．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: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。2．電參數(shù)的意義 （1）光譜分布和峰值波長：LED所發(fā)的光并非單一波長，其波長基本上按 圖22所示規(guī)律分布。由圖22可見，無論用什么材料制成的LED，其光譜分布曲線都有一個相對光強度最大處（光輸出最大），有一個與之對應(yīng)的波長，此波長叫峰值波長，用λ0表示。只有單色光才有λ0波長。波長λ（nm）圖 22 LED光波長分布圖 （2）發(fā)光強度IV：發(fā)光二極管的發(fā)光強度通常是指法線（對圓柱形發(fā)光管是指其軸線）方向上的發(fā)光強度。若在該方向上輻射強度為（1/683）W/sr時，則發(fā)光強度為1坎德拉（符號為cd）。由于一般LED的發(fā)光強度小，所以發(fā)光強度常用坎德拉(mcd)作單位。 （3）光譜半寬度Δλ:。 （4）半值角θ1/2和視角：θ1/2是指發(fā)光強度值為軸向強度值一半的方向與發(fā)光軸向（法向）的夾角。半值角的2倍為視角（或稱半功率角）。圖23給出的二只不同型號發(fā)光二極管發(fā)光強度角分布的情況。中垂線（法線）AO的坐標為相對發(fā)光強度（即發(fā)光強度與最大發(fā)光強度的之比）。顯然，法線方向上的相對發(fā)光強度為1，離開法線方向的角度越大，相對發(fā)光強度越小。由此圖可以得到半值角或視角值。 圖 23 兩種不同型號的LED的發(fā)光強度角分布（5）正向工作電流IF：它是指發(fā)光二極管正常發(fā)光時的正向電流值。（6）正向工作電壓VF：參數(shù)表中給出的工作電壓是在給定的正向電流下得到的。一般是在 IF=20mA時測得的?！?V。在外界溫度升高時，VF將下降。 （7）IV特性：發(fā)光二極管的電壓與電流的關(guān)系可用圖24表示。在正向電壓正小于某一值（叫閾值）時，電流極小，不發(fā)光。當電壓超過某一值后，正向電流隨電壓迅速增加，發(fā)光。由IV曲線可以得出發(fā)光管的正向電壓，反向電流及反向電壓等參數(shù)。正向的發(fā)光管反向漏電流IR10μA以下。 圖 24 LED的IV特性曲線 第3章 LED驅(qū)動主電路的設(shè)計 電路設(shè)計的總體方案 LED驅(qū)動電路的主要作用是將交、直流電壓轉(zhuǎn)換成平滑的直流電壓，為LED提供穩(wěn)定的單向驅(qū)動電流，保證LED在比較高的發(fā)光效率和比較低的光衰下正常工作【4】。LED作為一種非線性器件，IV特性非常陡，當通電工作時，只要電壓稍稍變大一點，它的電流就會增加很多，因此電壓稍微的不穩(wěn)定會在很大程度上影響LED的使用，電流過大時甚至?xí)?dǎo)致它發(fā)熱損壞，降低產(chǎn)品的可靠性。所以對驅(qū)動電路的設(shè)計尤其的重要。最主要的是在主電路方面要達到穩(wěn)定恒流，輔助電路的反饋和濾波都要保證電路輸出的電流是恒定的，保證驅(qū)動LED燈組的需要。因此，電路設(shè)計時最好采用恒流源驅(qū)動。恒流電源可消除正向電壓變化所導(dǎo)致的電流變化。因此，無論正向電流如何變化，都可產(chǎn)生恒定的LED亮度。 LED恒流驅(qū)動電源按電路結(jié)構(gòu)可分為：常規(guī)變壓器降壓、電子變壓器降壓、電容降壓、電阻降壓、RCC降壓式開關(guān)電源、PWM控制式開關(guān)電源。目前來說，采用PWM控制方式設(shè)計的LED電源是比較理想的，因為這種開關(guān)電源的輸出電壓或電流都很穩(wěn)定。電源轉(zhuǎn)換效率極高，一般都可以高達80%到90%，并且輸出電壓、電流十分穩(wěn)定。這種方式的LED電源主要由四部分組成，它們分別是：輸入整流濾波部分、輸出整流濾波部分、PWM穩(wěn)壓控制部分、開關(guān)能量轉(zhuǎn)換部分。而且這種電路都有完善的保護措施，屬于高可靠性電源。電路設(shè)計的總體框圖如圖31所示?？傮w電路圖如附錄一所示。電路各組成部分的主要作用如下：EMI濾波電路：將電網(wǎng)存在的雜波過濾，同時也阻礙本機產(chǎn)生的雜波反饋到公共電網(wǎng)。整流橋電路：將電網(wǎng)交流電源變成直流，即不管輸入的是直流還是交流，經(jīng)過整流橋之后輸出的電流總是直流的。DC/AC變換電路：逆變電路是將整流后的直流電變?yōu)楦哳l交流電，這是高頻開關(guān)電源的核心部分，頻率越高，體積、重量與輸出功率之比越小。輸出平滑電路：根據(jù)LED負載需要，提供穩(wěn)定可靠的平滑直流電源。輔助電路：提供所有單一電路的不同要求電源。比如PWM控制電路，隔離、驅(qū)動電路所需要的電源。輸出平滑電 路 EMI濾波電路整流橋電路DC/AC變換電路 LED燈源陣 列 220V交流 輔 助 電 路 隔離、驅(qū)動電路 PWM控制電 路 電壓反饋 圖31 總體框圖PWM控制電路：在輸入電壓、內(nèi)部參數(shù)及外接負載變化的情況下，控制電路通過被控制信號與基準信號的差值進行閉環(huán)反饋，調(diào)節(jié)集成電路內(nèi)部開關(guān)器件的導(dǎo)通脈沖寬度，使得輸出電壓或電流等被控制信號穩(wěn)定。隔離、驅(qū)動電路： （1）隔離的作用:將驅(qū)動電路的控制部分與主電路隔離，避免主電路中的強電干擾控制電路中的弱信號。通過隔離人工在線調(diào)試的時候更加安全。一般使用光電耦合器進行隔離。 （2）驅(qū)動IC的作用：LED雖然在節(jié)能方面比普通光源的效率高，但是LED光源卻不能像一般的光源一樣可以直接使用公用電網(wǎng)電壓，它必須配有專用電壓轉(zhuǎn)換設(shè)備，提供能夠滿足驅(qū)動LED的額定電壓和電流，才能使LED正常工作，也就是所謂的LED專用驅(qū)動IC。 主電路的設(shè)計 EMI濾波電路的設(shè)計電磁干擾濾波器(EMI Filter)是一種由電感、電容組成的低通濾波器，它允許直流或工頻在50HZ到400HZ的信號通過，對頻率較高的其它信號有較大的衰減作用，能有效地抑制電網(wǎng)噪聲，提高電子設(shè)備的抗干擾能力及電子系統(tǒng)的可靠性[5]。 電源噪聲是電磁干擾的一種，其傳導(dǎo)噪聲的頻譜大致為10kHz~30MHz，最高可達150MHz。根據(jù)傳播方向的不同，電源噪聲可分為兩大類：一類是從電源進線引入的外界干擾，另一類是由電子設(shè)備產(chǎn)生并經(jīng)電源線傳導(dǎo)出去的噪聲。這表明噪聲屬于