【正文】 ............... 38 LED 驅(qū)動電路的比較 ............................................................................................. 39 恒流驅(qū)動與 ZXSC310 驅(qū)動電路的比較 ........................................................ 39 恒流驅(qū)動與 HA22020P 驅(qū)動電路的比較 ....................................................... 40 HA22020P 與 ZXSC310 驅(qū)動電路的比較 ..................................................... 40 結(jié) 論 .................................................................................................................................. 41 致 謝 .................................................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 LED 是 Light Emitting Diode 的縮寫，中文譯為發(fā)光二極管。這種發(fā)光特性發(fā)生在二極管電子曲線的正偏壓部分。 1936 年， Gee Destiau 出版了一份關(guān)于硫化鋅粉末發(fā)射光的報(bào)告。第一個(gè)商用 LED 雖然僅能發(fā)出 不可視的紅外光，但它被迅速地應(yīng)用于感應(yīng)與光電領(lǐng)域。 Monsanto 公司將其作為指示燈，HewlettPackard 公司則首次將其應(yīng)用于電子顯示設(shè)備。 20 世紀(jì) 70 年代，由于 LED 器件 在 家庭與辦公設(shè)備中的大量應(yīng)用， LED 產(chǎn)品的類型得到了拓展，此后 LED 開始應(yīng)用于文字點(diǎn)陣顯示器、背景圖案用的燈柵和條線圖陣列。 20 世紀(jì) 70 年代中期，磷化鎵開始被用作發(fā)光電源，隨后可發(fā)出灰白綠光 （ LED采用雙層磷化鎵芯片，其中一個(gè)為紅色，另一個(gè)為綠色，所以能夠發(fā)出黃色光 ） 。這一技術(shù)進(jìn)步使 LED 能夠應(yīng)用于室外各種信息發(fā)布以及汽車信號燈。 20 世紀(jì) 90 年代中期出現(xiàn)了超高亮度的氮化鎵 LED，隨即又出現(xiàn)了能產(chǎn)生高強(qiáng)度綠光和藍(lán)光的銦氮鎵LED。 20 世紀(jì) 90 年代初期， HP 公司光電部、 Lumileds 公司和松下公司就已經(jīng)掌握了如何利用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積法在 GaAs 襯底上外延生長 AlInGaP 的工藝，AlInGaP 材料在可見光譜區(qū)產(chǎn)生紅色光和橙色光。采用該技術(shù)研制的發(fā)光器件的發(fā)光率為 25lm/W，幾乎是帶紅 第 3 頁 色濾光燈泡發(fā)光效率的 10 倍。 AlInGaN 材料系并不像 AlInGaP 材料系那樣為人們所熟悉 。 藍(lán)光 AlInGaN LED 產(chǎn)生的光子和熒光粉的發(fā)光將一部分藍(lán)光轉(zhuǎn)變?yōu)槠浠パa(bǔ)色 （ 黃色 ） 。 目前市場上出售的器件不僅有紅光和橙光 AlInGaP LED，而且還有綠光、 藍(lán)光和白光 AlInGaN LED。用 12 只 110lm 的器件足以制成一只汽車前燈。 通過對高強(qiáng)度藍(lán)光 LED的不斷研發(fā)產(chǎn)生了好幾代亮度越來越高的器件，在 1990年左右推出的 基于碳化硅裸片材料的 LED 的效率大約是 ，發(fā)出的光強(qiáng)度很少有超過 15mcd 的。 藍(lán)光 LED 的出現(xiàn)使人們還能利用 倒行轉(zhuǎn)換的磷光材料將較高能量的藍(lán)光部分轉(zhuǎn)化成其他顏色。相反，小型指示型白熾燈的半衰期 （ 此處的半衰期指的是有一半數(shù)量的燈失效的時(shí)間 ） 典型值是 10 萬到數(shù)千小時(shí)不等，具體時(shí)間取決于燈的額定工作電流。 LED的產(chǎn)生基于兩種需求：其一是 LED 的制造工藝流程較簡單，制造成本較低，經(jīng)常作為鐳射的代用光源，其二是 絕大部分的光通信是在紅外光譜下進(jìn)行的。 傳統(tǒng)白熾燈泡采用熱發(fā)光技術(shù) ， 浪費(fèi)了 90% 的能源。 LED 的應(yīng)用領(lǐng)域 在新興應(yīng)用市場不斷出現(xiàn)的帶動下，近些年 LED 市場規(guī)模快速提升。我國 LED 顯示屏市場起步較早，市場上出現(xiàn)了一批具有很強(qiáng)實(shí)力的 LED 顯示屏生產(chǎn)廠商。 應(yīng)用 2：小尺寸背光源市場放緩，中大尺寸將成為新關(guān)注點(diǎn)。數(shù)量增速的放緩加上平均價(jià)格的不斷下降，最終導(dǎo)致小尺寸背光源市場增長乏力，同時(shí)，中大尺寸背光源市場雖為廠商新寵，但在 2020 年還不能形成規(guī)模。 2020 年中國 LED 汽車應(yīng)用市場規(guī)模為 億元，其中汽車車燈市場規(guī)模為 億元。目前， LED 己經(jīng)逐步應(yīng)用在汽車的第三剎車燈上。室內(nèi)裝飾燈市場是 LED 的另一新興市場。 2020 年室內(nèi)裝飾燈市場規(guī)模達(dá)到 億元。 應(yīng)用 5：景觀照明市場快速發(fā)展， 2020 年市場增速達(dá)到高峰。 2020 年中國景觀照明市場規(guī)模超過 7 億元，在上述兩個(gè)主要活動的帶動下，景觀照明市場會在 2020 年達(dá)到 72%的高增長率。 LED 將會從一級城市快速向二級、三級城市擴(kuò)展。由于酒店、商務(wù)會館、高檔商用寫字樓等商用場所對價(jià)格的敏感度低 ， 同時(shí)這些高檔場所更注重于彰顯品位與尊貴的地位，對于新興產(chǎn)品抱有更大的興趣度。發(fā)展趨勢主要是實(shí)現(xiàn)全彩、提高亮度、改進(jìn)封裝、顯示大型化。1994 年日本日亞公司首先開發(fā)成功的藍(lán)色 LED 主要應(yīng)用于全色顯示屏，現(xiàn)在能夠銷售藍(lán)色 LED 的廠商只有日本日亞公司和美國 CREE 公司二家，但至今仍未形成大批量生產(chǎn)。到 2020年藍(lán)色 LED 的亮度將和紅色、橙色、黃色、綠色 LED 不相上下，而且售價(jià)只有 10美分 /只。 （ 3） 大型化 可見光 LED 之所以會出現(xiàn)這一發(fā)展趨勢，主要是為了滿足顯示器這一應(yīng)用領(lǐng)域的需求。表面安裝 LED 為帶盤式封裝， 卷盤尺寸為 ，可容納 2020 只 LED 管芯。一臺精良的生產(chǎn)型 MOCVD 設(shè)備集氣體動力學(xué)、流體力學(xué)、自動化控制、 CAD 于一體。今后的發(fā)展方向是提高每爐的生產(chǎn)批量，實(shí) 現(xiàn)高產(chǎn)化，以降低生產(chǎn)成本為目標(biāo)。目前來看， LED 畢竟是一種新的材料和技術(shù)，掌握核心 發(fā)光芯片制造技術(shù)的只有美國和日本少數(shù)幾個(gè)國家，高昂的價(jià)格讓 LED燈進(jìn)入家庭照明還需一定時(shí)日，但這不能否定 LED 極其廣闊的發(fā)展前景。 LED 燈照明產(chǎn)品的應(yīng)用可以說是五花八門，只要有光的地方都可以用 LED。因此本 文首先介紹了 LED 照明的特點(diǎn)和 LED 光學(xué)特性參數(shù)及 LED 驅(qū)動器的特性。 LED 主要由 PN 結(jié)芯片、電極和光學(xué)系統(tǒng)組成。 LED 結(jié)構(gòu)圖如下圖所示 。而 LED 種類里面還有很多種類： 第 10頁 （ 1） 按發(fā)光顏色分：紅色 （ red） 、橙色 （ orange） 、黃色 （ yellow） 、黃綠色 （ green yellow） 、綠色 （ green） 、藍(lán)綠色 （ blue green） 、藍(lán)色 （ blue） 、紫色 （ pink） 、紫外線（ uv） 、白色 （ white） 、紅外線等等。 （ 2） 按出光面特征， LED 可分為圓燈 、方燈、矩形燈、面發(fā)光管、側(cè)向管以及表面安裝用微型管等。一般為尖頭環(huán)氧封裝，或是帶金屬反射腔的封裝，且不加散射劑，半值角度為 5176。通常作為指示燈用，其半值角度為 20176。這是視角較大的指示燈，其半值角度為 45176。 （ 5） 按 功率分： 1W、 3W、 5W、等等。 LED 的發(fā)光原理 LED 是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，是由Ⅲ — Ⅳ族化合物，如 GaAs（ 砷化嫁 ） 、GaP（ 磷化嫁 ） 、 GaAsP（ 磷砷化嫁 ） 等半導(dǎo) 體制成的。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)。發(fā)光的復(fù)合量相對于非發(fā)光復(fù)合量的比例越大，光量子的效率越高。 圖 LED 發(fā)光原理示意圖 PN 結(jié)的端電壓構(gòu)成一定的勢壘；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。 現(xiàn)在已有紅、黃、綠及藍(lán)等顏色的發(fā)光二極管，但因?yàn)椴牧霞爸圃斓仍?，成本有一些不同? 對于一般照明而言，人們更需要白色的光源。藍(lán)光 LED 基片安裝在碗形反射腔中，覆蓋以混有 YAG的樹脂薄層，約 200— 500nm。 普通照明用的白熾燈和鹵 鎢燈雖價(jià)格便宜，但光效低 （ 燈的熱效應(yīng)白白耗電 ） ，壽命短，維護(hù)工作量大，但若用白光 LED 作照明，不僅光效高，而且壽命長 （ 連續(xù)工作時(shí)間 10000 小時(shí)以上 ） ，幾乎無需維護(hù)。 LED 的伏安特性具有非線性和單向?qū)щ娦?，即外加正偏壓表現(xiàn)為低電阻，反之為高電阻。ob 段 ）。正向工作電壓 FV 是在給定正向電流下得到的。 ④ 反向擊穿區(qū)： RVV?? ， RV 稱為反向擊穿電壓。 （ 2） C— V 特性 第 14頁 LED 的芯片有 9mil 9mil（ 228 m? 228 m? ） 、 10mi1 10mil（ 254mi1254mil） 、 11mil 11mil（ 280 m? 280 m? ） ， 12mil 12mil （ 300 m? 300 m? ） 幾種規(guī)格，故 PN 結(jié)的面積大小不一，使其結(jié)電容 （ 零偏壓 ） C n pF?? 。當(dāng) LED 工作時(shí)，若外加偏壓、偏流一定，則會促使 PN 結(jié)內(nèi)的部分載流子復(fù)合發(fā)出光，還有一部分變?yōu)闊崮?，使結(jié)溫升高。直接躍遷的材料 （ 如 GaAsPx） 的響應(yīng)時(shí)間僅為幾納秒，而間接躍遷材料 （ 如 GaP） 的響應(yīng)時(shí)間則是 100ns。 LED 的光強(qiáng)用于表征它在某個(gè)方向上的發(fā)光強(qiáng)弱，由于 LED 在不同的空間角度上光強(qiáng)相差很多，隨之而來人們研究了 LED 的光強(qiáng)分布特性。例如交通標(biāo)志的 LED 必須保證在較大角度的人都能識別。 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)。目前單色 LED 的光通量最大約 1lm，白光 LED 的光通量為 — （ 小芯片 ） ，對于 1mm 1mm 的功率級芯片制成白光 LED，其F=18lm。發(fā)光效率表征了光源的節(jié)能特性，這是衡量現(xiàn)代光源性能的一個(gè)重要指標(biāo)。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，發(fā)光亮度的單位為 cd/㎡ 或 Nit（ 尼特 ） 。另外，發(fā)光亮度還與環(huán)境溫度有關(guān)，環(huán)境溫度升高時(shí)， C? （ 復(fù)合效率 ） 下降， 0B 減小。老化的 快慢與電流密度 0J 和老化時(shí)間常數(shù) r 有關(guān)，可描述為 0 ttB Be??? （ 29） 式中： tB 為 t 時(shí)間后的亮度， 0B 為初始亮度。 LED 的主波長與溫度的關(guān)系可表示為 39。 （ 2） 效能：消耗能量較同光效的白 熾燈減少 80%。只要是 LED 所加的電壓不大大地超過額定值， LED 中的載流子就會在外電壓的驅(qū)使下不斷地移動，從而不斷地發(fā)光，不會產(chǎn)生老化或像白熾燈泡中那樣的鎢絲燒斷現(xiàn)象。 （ 7） 顏色：改變電流可以變色，發(fā)光二極管方便地通過化學(xué)修飾方法，調(diào)整材料的能帶結(jié)構(gòu)和帶隙，實(shí)現(xiàn)紅、黃、綠、蘭、橙多色發(fā)光。而 251m 的光通量對于普通照明而言太小了，一只普通的 60W 白熾燈的光通量大于 7001m，也就是說，要代替?zhèn)鹘y(tǒng)照明需要多個(gè) LED 器件，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題。 （ 3） 光衰問題 由于照明用光源對亮度的要求要比顯示用光源高，白光 LED 功率要盡可能大，在大電流工作時(shí)，隨著點(diǎn)燃時(shí)間增長， 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，所以實(shí)際功率型白光 LED 壽命也就大大縮短。除此之外，還存在許多其他問 題，有待光電子行業(yè)與照明行業(yè)共同解決。 LED 實(shí)際上是一個(gè)電流驅(qū)動的低電壓單向?qū)щ娖骷?LED 驅(qū)動應(yīng)具有直流控制、高效率、 PWM 調(diào)光、 過壓保護(hù)、負(fù)載斷開、小型尺寸以及簡便易用等特點(diǎn)。 （ 3） LED 的電流 — 電壓特性是非線性的，流過 LED 的電流在數(shù)值上等于供電電源的電動勢減去 LED 的勢壘電勢后再除以回路的總電阻 （ 電源內(nèi)阻、引線電阻和 LED 的 電阻之和 ） 。 （ 5）流過 LED 的電流和 LED 的光通量的比值也是非線性的。如果加在 LED上的電功率超過一定數(shù)值， LED 也可能損壞。發(fā)光二極管是一種單向電流驅(qū)動的半導(dǎo)體器件，是一個(gè)伏安特性不成固定比例的非線性器件，存在一個(gè) 3V 左右的勢壘電勢，形成了低正向電壓時(shí) 不導(dǎo)通的死區(qū)。由于世界各地供電標(biāo)準(zhǔn)的差別，市電有 220V 和 110V 兩種交流。要用發(fā)光二極管做照明，必須根據(jù)發(fā)光二極管的特點(diǎn)解決好電源變換問題。 半導(dǎo)體照明是未來照明領(lǐng)域重要的發(fā)展方向。因此，應(yīng)該使 LED 在一個(gè)發(fā)光效率比較高的電流值下工作。 （ 4） LED 的 PN 結(jié)的溫度系數(shù)為負(fù)，溫度升高時(shí) LED 的勢壘電勢降低。 （ 2） LED 是一個(gè)具有 PN 結(jié)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件 ，具有勢壘電勢，這就形成了導(dǎo)通門限電壓，加在 LED 上的電壓值超過這個(gè)門限電壓時(shí) LED 才會充分導(dǎo)通。 第 19頁 第三章 LED 驅(qū)動電路