【正文】 光源代替?zhèn)鹘y(tǒng)白熾燈光源具有很大的實(shí)際意義。詳細(xì)的對(duì)現(xiàn)有的照明驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行了分析，實(shí)際設(shè)計(jì)了一款展臺(tái)用珠寶照明燈的實(shí)用驅(qū)動(dòng)電路和汽車(chē)照明光源，在理論上和實(shí)驗(yàn)中對(duì) LED 代替?zhèn)鹘y(tǒng)光源進(jìn)行了分析。 LED的發(fā)展現(xiàn)狀 1． 2． 1 LED 的發(fā)展 隨著社會(huì)的不斷發(fā)展 ， 對(duì)能源的需求越來(lái)越大 ， 能源危機(jī)加重 。 隨后 經(jīng)世界各國(guó)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(lán)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(jìn)行對(duì)比，結(jié)果顯示：普通白熾燈的光效為 12lm/W，壽命小于 2020 小時(shí)，螺旋節(jié)能燈的光效為 60lm/W，壽命小于 8000 小時(shí)， T5 熒光燈則為 96lm/W，壽命大約為 10000小時(shí)，而直徑為 5 毫米的白光 LED 光效理論上可以超過(guò) 150lm/W，壽命可達(dá)到100000 小時(shí)。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(dá) 5 萬(wàn)小時(shí)。 我國(guó)的 LED 產(chǎn)業(yè)起步于 20 世 紀(jì) 70 年代，經(jīng)過(guò) 40 余 年的發(fā)展，現(xiàn)已形成上海、大連、南昌、廈門(mén)、深圳、揚(yáng)州和石家莊 7個(gè)國(guó)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(guān)照明和普通照明領(lǐng)域，我國(guó)已成為世界第一大照明電器生產(chǎn)國(guó)和第二大照明電器出口國(guó) 。3)LED 照明技術(shù)進(jìn)步與成本不斷降低，長(zhǎng)期市場(chǎng)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(chǎng)應(yīng)用愈加拓寬 。并將對(duì)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(huì)特別受到青睞 。 (4) 室內(nèi)空間展示照明 就照明品質(zhì)來(lái)說(shuō)，由于ＬＥＤ光源沒(méi)有熱量、紫外與紅外輻射 ，對(duì)展品或商品不會(huì)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(jiǎn)單，費(fèi)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(lèi)空間的照明中開(kāi)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(guó)曼哈頓時(shí)代廣場(chǎng)紐約證券交易所，總計(jì)使用了18,677,760 只ＬＥＤ，面積為 10,736 平方英尺。 (7) 車(chē)輛指示燈照明 汽車(chē)用白熾燈不耐震動(dòng)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(shí)會(huì)把多余的能量以光的形式釋放出來(lái)，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(shí)（即兩端加上正向電壓），電流從 LED 陽(yáng)極流向陰極時(shí)，半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線(xiàn)，光的強(qiáng)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(xiàn)一樣長(zhǎng)，但管殼上有一凸起的小舌，靠近小舌的引線(xiàn)是正極。 PN 結(jié)兩端加反向電壓 VR 時(shí)，P 區(qū)的空穴和 N區(qū)的電子都將進(jìn)一步離開(kāi) PN結(jié)， 這時(shí) PN結(jié)處于反向偏置， 使耗盡區(qū)厚度加寬， PN 結(jié)電場(chǎng)強(qiáng)度增大，阻礙了多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，擴(kuò)散電流趨近于零，但是結(jié)電場(chǎng)的增加，使少數(shù)載流子更易產(chǎn)生漂移運(yùn)動(dòng)，漂移電流方向與擴(kuò)散電流方向相反，表現(xiàn)在外電路有一個(gè)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(dòng)電路研究設(shè)計(jì) 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(dá)為 iD =IS (e TDnVv / 1) (1) 式中 iD 為通過(guò) 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(guò)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?jiàn)溫度一定時(shí)反向飽和電流是個(gè)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(guò)程是可逆的，當(dāng)反向電壓降低后，就可恢復(fù)原來(lái)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(shí)間或壽命，用以度量超 量的少子的復(fù)合時(shí)間。 PN 結(jié)處于正向偏置時(shí)，結(jié)電容較大（主要取決于擴(kuò)散電容 CD ）；當(dāng) PN 結(jié)處于反向偏置時(shí)，結(jié)電容較小（主要取決于勢(shì)壘電容 CB ）。 (3) 使用壽命長(zhǎng) 有人稱(chēng) LED 光源為長(zhǎng)壽燈。光譜中沒(méi)有紫外線(xiàn)和紅外線(xiàn)，既沒(méi)有熱量，也沒(méi)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(jiān)固耐用 LED 被完全封裝在環(huán)氧樹(shù)脂里面，比燈泡和熒光燈管都堅(jiān)固。它成功融合了計(jì)算機(jī)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(xiàn)編程、無(wú)限升級(jí)、靈活多變的特點(diǎn)。其中，部分 LED 燈的有毒元素含量已經(jīng)超過(guò)了監(jiān)管部門(mén)制定的標(biāo)準(zhǔn)。但至今，無(wú)論各國(guó)政府還是民眾都對(duì) LED 燈的環(huán)境和健康危險(xiǎn)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(tái)燈 的使用上具有一定的不利因素，容易讓人在使用過(guò)程中產(chǎn)生頭暈眼花、不舒服的感覺(jué)，甚至長(zhǎng)期使用會(huì)變成眼晴傷害，使得患眼病的機(jī)率會(huì)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(shí)，不管采用穩(wěn)壓式驅(qū)動(dòng)方式還是恒流式驅(qū)動(dòng)方式，通過(guò)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(kāi)某一只 LED 時(shí)，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(shí)，不管是采用穩(wěn)壓式驅(qū)動(dòng)方式還是恒流式驅(qū)動(dòng)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(kāi)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(gè) 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(shí)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(gè) 1uF 的電容器上再串聯(lián)一個(gè)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(gè)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(dòng)態(tài)負(fù)載條件； 電容降壓不適合容性和感性負(fù)載 ；當(dāng)需要直流工作時(shí)，盡量采用半波整流。 3． 2． 2 PWM 驅(qū)動(dòng)白光 LED PWM 調(diào)光基于人眼對(duì)亮度閃爍不夠敏感的特性，使負(fù)載 LED 時(shí)亮?xí)r暗，如果亮暗的頻率超過(guò) 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(shí)的最大電流為 Imax。 LM3404 可以輸出高達(dá) 的驅(qū)動(dòng)電流，能夠?yàn)?35W的 LED組件提供 700mAlA的驅(qū)動(dòng)電流，效率高達(dá) 95%，通過(guò) DIM 端子利用 PWM 信號(hào)調(diào)節(jié) LED 的亮度， LED 損壞、斷路時(shí)能夠?qū)﹄娐愤M(jìn)行可靠保護(hù)。安森美半導(dǎo)體針對(duì)這類(lèi)應(yīng)用的方案包括 CAT4008 和 CAT4106 等恒流 LED汲入型驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dòng)電壓，而電流控制電路通過(guò)給每只 LED 加載同樣的電流來(lái)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(guò)電阻 R3 對(duì) C1 的充電，使三極管 Q2基極電壓逐漸升高，當(dāng)超過(guò) 伏時(shí)， 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(jì)） 19 4． 1． 2 循環(huán)燈的制作及測(cè)試 按照?qǐng)D （ 10） 的電路圖設(shè)計(jì)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(jì) 4． 2． 1 LED 旋律燈 簡(jiǎn)介 駐極體話(huà)筒采集聲音變成微弱電信號(hào)經(jīng)過(guò) LM358組成 的 兩級(jí)放大電路放大后通過(guò)三極管驅(qū)動(dòng) 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(jí)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(dòng) LED的靜態(tài)電壓 ，從而調(diào)節(jié) LED 亮度。 LED 的驅(qū)動(dòng)電路研究設(shè)計(jì) 20 LM358 的特性： 內(nèi)部頻率補(bǔ)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：?jiǎn)坞娫?(3— 30V)； 雙電源 (177。 圖 12 聲控旋律燈原理圖 按照?qǐng)D （ 12） 的電路圖設(shè)計(jì)制作 PCB 版，焊完的電路版如圖 （ 13） 所示。 圖 14 聲控旋律燈測(cè)試圖 5 結(jié)論 論文從 LED 的 參數(shù) 特性及驅(qū)動(dòng)電路出發(fā)，論述了 LED 的驅(qū)動(dòng)方式， 了解了 LED的典型驅(qū)動(dòng)電路 和 集成驅(qū)動(dòng)電路 組成及原理， 并以流過(guò) LED的電流恒定為基本目的，設(shè)計(jì)了 LED 驅(qū)動(dòng)電路，在電路設(shè)計(jì)中，首先闡述了該驅(qū)動(dòng)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(jì)） 1 參考文獻(xiàn) [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. 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