【正文】 光源代替?zhèn)鹘y(tǒng)白熾燈光源具有很大的實際意義。詳細的對現(xiàn)有的照明驅(qū)動電路進行了分析，實際設(shè)計了一款展臺用珠寶照明燈的實用驅(qū)動電路和汽車照明光源，在理論上和實驗中對 LED 代替?zhèn)鹘y(tǒng)光源進行了分析。 LED的發(fā)展現(xiàn)狀 1． 2． 1 LED 的發(fā)展 隨著社會的不斷發(fā)展 ， 對能源的需求越來越大 ， 能源危機加重 。 隨后 經(jīng)世界各國的努力研究，便成產(chǎn)出 商用化紅色 LEDGaP 綠色芯片 、 LEDAlGaAsLED、 GaN 基片上研制出的 第 一只藍色發(fā)光二極管 等等。將 LED 與普通白 熾燈、螺旋節(jié)能燈及 T5 三基色熒光燈進行對比，結(jié)果顯示：普通白熾燈的光效為 12lm/W，壽命小于 2020 小時，螺旋節(jié)能燈的光效為 60lm/W，壽命小于 8000 小時， T5 熒光燈則為 96lm/W，壽命大約為 10000小時，而直徑為 5 毫米的白光 LED 光效理論上可以超過 150lm/W，壽命可達到100000 小時。適用范圍最大、用量也最大的通用照明的 T T T4 燈管和代替白熾燈和節(jié)能燈的螺口球泡燈已形成系列化，使用壽命已高達 5 萬小時。 我國的 LED 產(chǎn)業(yè)起步于 20 世 紀(jì) 70 年代，經(jīng)過 40 余 年的發(fā)展，現(xiàn)已形成上海、大連、南昌、廈門、深圳、揚州和石家莊 7個國家半導(dǎo)體照明工程產(chǎn)業(yè)化基地，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于景觀照明和普通照明領(lǐng)域，我國已成為世界第一大照明電器生產(chǎn)國和第二大照明電器出口國 。3)LED 照明技術(shù)進步與成本不斷降低，長期市場障礙已不大。 LED 照明發(fā) 展迅猛，盡管經(jīng)歷種種困擾，但隨著技術(shù)不斷革新，市場應(yīng)用愈加拓寬 。并將對現(xiàn)代建筑和歷史建筑的照明手法產(chǎn)生了影響。ＬＥＤ隱藏式的投光燈具會特別受到青睞 。 (4) 室內(nèi)空間展示照明 就照明品質(zhì)來說，由于ＬＥＤ光源沒有熱量、紫外與紅外輻射 ，對展品或商品不會產(chǎn)生損害，與傳統(tǒng)光源比較，燈具不需要附加濾光裝置，照明系統(tǒng)簡單，費用低廉，易于安裝。從白光到全光譜中的任意顏色，ＬＥＤ的使用在這類空間的照明中開啟了新的思路。目前ＬＥＤ彩色裝飾墻面在餐飲建筑中的應(yīng)用已蔚然成風(fēng)。世 界上目前最有影響的ＬＥＤ顯示屏，當(dāng)屬美國曼哈頓時代廣場紐約證券交易所，總計使用了18,677,760 只ＬＥＤ，面積為 10,736 平方英尺。 (7) 車輛指示燈照明 汽車用白熾燈不耐震動撞擊，易損壞，壽命短，要經(jīng)常更換。 2 LED 原理 2． 1 LED 發(fā)光原理 與結(jié)構(gòu) 發(fā)光二極管通常用元素周期表中 III、 V族元素的化合物，如 鎵（ Ga）與砷（ AS）、磷（ P）的化合物制成的 ， 是一種半導(dǎo)體器件。在某些半導(dǎo)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(fù)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。 當(dāng) 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(dǎo)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(guān)。不同的半導(dǎo)體材料中電子和空穴所處的能量狀態(tài)不同。 磷砷化鎵二極管發(fā)紅光，磷化鎵二極管發(fā)綠光，碳化硅二極管發(fā)黃光。有的發(fā)光二極管的兩根引線一樣長，但管殼上有一凸起的小舌，靠近小舌的引線是正極。 PN 結(jié)兩端加反向電壓 VR 時，P 區(qū)的空穴和 N區(qū)的電子都將進一步離開 PN結(jié)， 這時 PN結(jié)處于反向偏置， 使耗盡區(qū)厚度加寬， PN 結(jié)電場強度增大，阻礙了多數(shù)載流子的擴散運動，擴散電流趨近于零，但是結(jié)電場的增加，使少數(shù)載流子更易產(chǎn)生漂移運動，漂移電流方向與擴散電流方向相反，表現(xiàn)在外電路有一個流入 N 區(qū)的反向電流 IR ，由于少數(shù)載流子濃度很小，所以 IR 是很微弱的。 LED 的驅(qū)動電路研究設(shè)計 8 圖 3 硅二極管 PN結(jié)的 VI 特性 根據(jù)理論分析， PN結(jié) 的 VI特性可表達為 iD =IS (e TDnVv / 1) (1) 式中 iD 為通過 PN 結(jié)的電流； vD 為 PN結(jié)兩端的外加電壓； n為發(fā)射系數(shù)，它與 PN結(jié)的尺寸、材料及通過的電流有關(guān)，其值在 1～ 2 之間； VT 為溫度的電壓當(dāng)量，VT =kT/q。集成電路中的二極管 PN 結(jié)，其 IS 值則更小?？梢姕囟纫欢〞r反向飽和電流是個常數(shù) IS ，不隨外加電壓的大小而變化。 PN結(jié)電擊穿后電流很大，容易使 PN 結(jié)發(fā)熱。這兩種電擊穿過程是可逆的，當(dāng)反向電壓降低后，就可恢復(fù)原來狀態(tài)。如果取微增量，則有 CD =QDdvdQ=TDtVI? F（法） （ 2） 式中 t? 為載流子的渡越時間或壽命，用以度量超 量的少子的復(fù)合時間。 PN 結(jié)處于正向偏置時，結(jié)電容較大（主要取決于擴散電容 CD ）；當(dāng) PN 結(jié)處于反向偏置時，結(jié)電容較小（主要取決于勢壘電容 CB ）。 (3) 使用壽命長 有人稱 LED 光源為長壽燈。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。它成功融合了計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、圖像處理技術(shù)、嵌入式控制技術(shù)等，所以亦是數(shù)字信息化產(chǎn)品，是半導(dǎo)體光電器件“高新尖”技術(shù)，具有在線編程、無限升級、靈活多變的特點。其中，部分 LED 燈的有毒元素含量已經(jīng)超過了監(jiān)管部門制定的標(biāo)準(zhǔn)。但至今，無論各國政府還是民眾都對 LED 燈的環(huán)境和健康危險知之甚少。所以 LED燈的散熱一定要好。 所以 LED 燈具在道路交通的 LED 導(dǎo)航指示、 LED 路燈、 LED 臺燈 的使用上具有一定的不利因素，容易讓人在使用過程中產(chǎn)生頭暈眼花、不舒服的感覺，甚至長期使用會變成眼晴傷害，使得患眼病的機率會有所提高。 當(dāng)某一串聯(lián)支路上有一只 LED品質(zhì)不良而短路時，不管采用穩(wěn)壓式驅(qū)動方式還是恒流式驅(qū)動方式，通過該串聯(lián)電路的電流將增大，很容易損壞該串聯(lián)支路中的LED。解決辦法是盡量多并聯(lián) LED，這樣當(dāng)斷開某一只 LED 時，分配在余下的 LED 中的電流不大，不至于影響余下的 LED 正常工作。當(dāng)有一只 LED 品質(zhì)不良而短路時，不管是采用穩(wěn)壓式驅(qū)動方式還是恒流式驅(qū)動方式，并聯(lián)在這一支路中的 LED 將全部不亮。由于并聯(lián)的 LED 較多，斷開一只 LED后，平均分配電流變化不大，其余的 LED 依然可以正常工作，那么在整個 LED燈中僅有一只 LED 不亮。這就是這種連接形式的發(fā)光組件出現(xiàn)先是一組中幾只 LED 一起熄滅，一段時間后除其中一只 LED 不亮外，其他 LED 又恢復(fù)正常的原因。如果在一個 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。而且電容的耐壓須在 400V 以上；電容降壓不能用于大功率條件；電容降壓不適合動態(tài)負載條件； 電容降壓不適合容性和感性負載 ；當(dāng)需要直流工作時，盡量采用半波整流。 3． 2． 2 PWM 驅(qū)動白光 LED PWM 調(diào)光基于人眼對亮度閃爍不夠敏感的特性，使負載 LED 時亮?xí)r暗，如果亮暗的頻率超過 100 Hz，人眼看到的就是平均亮度，而不是 LED 的閃爍。設(shè)當(dāng) LED接通時的最大電流為 Imax。 LM3404 可以輸出高達 的驅(qū)動電流，能夠為 35W的 LED組件提供 700mAlA的驅(qū)動電流，效率高達 95%，通過 DIM 端子利用 PWM 信號調(diào)節(jié) LED 的亮度， LED 損壞、斷路時能夠?qū)﹄娐愤M行可靠保護。安森美半導(dǎo)體針對這類應(yīng)用的方案包括 CAT4008 和 CAT4106 等恒流 LED汲入型驅(qū)動器，其中前者支持 8 通道，后者支持 16 通道， LED 電流范圍均為 2 至100 mA，此電流由外部電阻設(shè)定。連接到 SET 引腳的電阻器網(wǎng)絡(luò)保證在所有 LED 中有相同的電流。 圖 9 MAX1910/MAX1912 電荷泵驅(qū)動白光 LED 的電路圖 MAX1910/MAX1912 內(nèi)部包括電荷泵和電流控制 電路，電荷泵為白色 LED 提供足夠的驅(qū)動電壓，而電流控制電路通過給每只 LED 加載同樣的電流來確保 LED發(fā)出均勻的白光。假如 Q1 最先導(dǎo)通，那么 Q1 集電極電壓下降，使電容 C1 的左端接近零電壓，由于電容器兩端的電壓不能突變，所以 Q2 基極也被拉到近似零電壓，使 Q2截止。隨著電源通過電阻 R3 對 C1 的充電，使三極管 Q2基極電壓逐漸升高，當(dāng)超過 伏時， Q2 由截止?fàn)顟B(tài)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，集電極電壓下降， LED58 熄滅。 圖 10 循環(huán)燈電路原理圖 巢湖學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 19 4． 1． 2 循環(huán)燈的制作及測試 按照圖 （ 10） 的電路圖設(shè)計制作 PCB 版， 接通 焊完的電路版如圖 （ 11） 所示。 4． 2 聲控 旋律燈 的設(shè)計 4． 2． 1 LED 旋律燈 簡介 駐極體話筒采集聲音變成微弱電信號經(jīng)過 LM358組成 的 兩級放大電路放大后通過三極管驅(qū)動 LED，使 LED 的亮度隨著聲音的起伏而亮暗變化 ， 470K 的可調(diào)電阻可以調(diào)整第二級的放大倍數(shù)，從而調(diào)節(jié)靈敏度，使得電路的適應(yīng)范圍更寬一些， 10K的可調(diào)電阻可以調(diào)整驅(qū)動 LED的靜態(tài)電壓 ，從而調(diào)節(jié) LED 亮度。 LED 的驅(qū)動電路研究設(shè)計 20 LM358 的特性： 內(nèi)部頻率補償 ； 直流電壓增益高 (約 100dB)； 單位增益頻帶寬 (約1MHz)； 電源電壓范圍寬：單電源 (3— 30V)； 雙電源 (177。 圖 12 聲控旋律燈原理圖 按照圖 （ 12） 的電路圖設(shè)計制作 PCB 版，焊完的電路版如圖 （ 13） 所示。 圖 14 聲控旋律燈測試圖 5 結(jié)論 論文從 LED 的 參數(shù) 特性及驅(qū)動電路出發(fā)，論述了 LED 的驅(qū)動方式， 了解了 LED的典型驅(qū)動電路 和 集成驅(qū)動電路 組成及原理， 并以流過 LED的電流恒定為基本目的，設(shè)計了 LED 驅(qū)動電路，在電路設(shè)計中，首先闡述了該驅(qū)動電路的基本原理和 結(jié)構(gòu)，給出理論依據(jù)。巢湖學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 1 參考文獻 [1] 江文杰 .曾學(xué)文 .施建華 .光電技術(shù) [M].北京：科學(xué)出版社， 2020 年 1月第一版：6769. [2] 康華光 .陳大欽 .張林 .電子技術(shù)基礎(chǔ) 模擬部分 [M].北京：高等教育出版社， 2020年 1月第五版： 9192 [3] 周志敏 .周紀(jì)海 .紀(jì)愛華 .LED 驅(qū)動電路設(shè)計與應(yīng)用 [M].北京：人民郵電出版社 ，2020 年 12 月第一版 ： 1114 [4] 林瑞梅 .LED 光源典型驅(qū)動電路 [J].廈門科技 .2020 年 04 期 ： 6062 [5] 周志敏 .周紀(jì)海 .紀(jì)愛華 .LED 驅(qū)動電路設(shè)計與應(yīng)用 [M].北京：人民郵電出版社，2020 年 12 月第 一版： 208209巢湖學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 1 致謝 本文是在 魯業(yè)頻教授 的悉心指導(dǎo)下完成的，在此我對老師給予的幫助和支持表示衷心的感謝。 ． 這幾個月， 我的學(xué)習(xí)和實驗工作也離不開實驗室其他老師和同學(xué)們的幫助和指導(dǎo)，在此表示衷心的感謝。巢湖學(xué)院本科學(xué)生畢業(yè)論文（設(shè)計） 指導(dǎo)教師評閱表 內(nèi)容包括：學(xué)生寫作態(tài)度、科研作風(fēng)，論文選題的理論意義和實踐價值，論據(jù)是否充分、可靠，掌握基礎(chǔ)理論、專門知識、研究方法和技能的水平，寫作的邏輯性、技巧及其他優(yōu)缺點。僅以此獻給母校 巢湖學(xué)院 。他 治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)識淵博，對學(xué)生要求嚴(yán)格，科研工作上孜孜以求，教學(xué)上充滿 熱情。用試驗的方式論證了方案的可行性。 因采