【正文】 ................................ 12 3． 1． 2電路性能分析 .................................................................錯(cuò)誤 !未定義書簽。 LED 是半導(dǎo)體二極管的一種，而 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 型半導(dǎo)體和 N 型半導(dǎo)體之間有一個(gè)過(guò)渡層，稱為 PN 結(jié) ， PN結(jié)具有單向?qū)щ娦浴? 1． 1 研究的意義及主要研究?jī)?nèi)容 目前來(lái)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 要 國(guó)和日本少數(shù)幾個(gè)國(guó)家，高昂的價(jià)格讓 LEO 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。黃振春說(shuō)： “即使這樣，我們的市場(chǎng)空間還是很大的。 本課題的主要研究?jī)?nèi)容包括 ： ‘無(wú)論那種電源，都不可能直接給 LED 供電，所以，要應(yīng)用 LED 做照明光源，LED 的驅(qū)動(dòng)電路研究設(shè)計(jì) 2 就要解決電源變換的問(wèn)題。選用合適的 LED 燈透鏡，整燈裝配，并同實(shí)際測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，使最終的結(jié)果具有實(shí)用性。 節(jié)能已經(jīng)成為衡量各項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵指標(biāo) ， 尋找節(jié)能的方式勢(shì)在必行。 LED 發(fā)展歷史已經(jīng)幾十年，但在照明領(lǐng)域的應(yīng)用還是新技術(shù)。有人還預(yù)測(cè)，未來(lái)的 LED 壽命上限將無(wú)窮大。 LED 的應(yīng)用市場(chǎng)將更加廣泛，特別在全球能源短缺的憂慮再度升高的背景下， LED 在照明市場(chǎng)的前景更備受全球矚目，被業(yè)界認(rèn)為在未來(lái) 10 年成為最被看好的市場(chǎng)以及最大的市場(chǎng)將是取代白熾燈、鎢絲燈和熒光燈的最大潛力商品。 據(jù)《 20202017 年中國(guó) LED 照明產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)前瞻與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報(bào)告》分析認(rèn)為， LED 照明市場(chǎng)一直被認(rèn)為是 LED 最重要、最具發(fā)展前景的應(yīng)用。 1． 2． 2 LED 的應(yīng)用領(lǐng)域 LED 光源與傳統(tǒng)光源相比較，具有如下的優(yōu)點(diǎn)：超長(zhǎng)壽命，可達(dá)幾萬(wàn)小時(shí)，傳統(tǒng)光源一般為幾千小時(shí)；結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，沒(méi)有鎢絲、玻殼等容易損壞的部件，具有極高的抗震性能；響應(yīng)速度快，光通上升時(shí)間短；對(duì)點(diǎn)燈線路要求低，易實(shí)現(xiàn)調(diào)光和智能控制；耐開(kāi)關(guān)沖擊，適用于頻繁開(kāi)關(guān)場(chǎng)合；高效節(jié)能，現(xiàn)有光效已經(jīng)超過(guò)白熾燈，理論光效可達(dá) 2020m／ W；不含汞、鉛等有害物質(zhì)，沒(méi)有污染，綠色環(huán)保。 數(shù)據(jù)顯示， 2020 年， LED的應(yīng)用領(lǐng)域包括 : (1) 建筑物外觀照明 對(duì)建筑物某個(gè)區(qū)域進(jìn)行投射，無(wú)非是使用控制光束角的圓頭和方頭形狀的投光燈具，這與傳統(tǒng)的投光燈具概念完全一致。 (2) 景觀照明 由于ＬＥＤ不像傳統(tǒng)燈具光源多是玻璃泡殼，它可以與城市街道家具很好的有機(jī)結(jié)合。固定端可以設(shè)計(jì)為插拔式，依據(jù)植物生長(zhǎng)的高度，方便進(jìn)行調(diào)節(jié)。其精確的布光，可作為博物館光纖照明的替代品。長(zhǎng)壽命、高流明的維持值（ 10， 000 小 時(shí)后仍然維持 90％的光通），與ＰＡＲ燈和金鹵燈的 50～ 250 小時(shí)的壽命相比，降低了維護(hù)費(fèi)用和更換光源的頻率。 (6) 視頻屏幕全彩色ＬＥＤ 顯示屏是當(dāng)今世界上最為引人注目的戶外大型顯示裝置，采用先進(jìn)的數(shù)字化視巢湖學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 5 頻處理技術(shù)，有無(wú)可比擬的超大面積與超高亮度。屏幕可以劃分成多個(gè)畫面，而同時(shí)顯示，將華爾街股市的行情一目了然呈現(xiàn)在公眾面前。 LED 作 為汽車燈主要因?yàn)槠鋲勖L(zhǎng)、低功耗、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)。 它的基本結(jié)構(gòu)是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料，置于一個(gè)有引線的架子上，然后四周用環(huán)氧樹(shù)脂密封，起到保護(hù) 內(nèi)部芯線的作用，所以 LED 的抗震性能好。 PN 結(jié)加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入 ，故不發(fā)光。 當(dāng)電子與空穴復(fù)合時(shí)能輻射出可見(jiàn)光，因而可以用來(lái)制成發(fā)光二極管。當(dāng)電子和空穴復(fù)合時(shí)釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發(fā)出 的光的波長(zhǎng)越短。 用 GaN 形成的藍(lán)光 LED1993 年，當(dāng)時(shí)在日本日亞化工工作的中村修二發(fā)明了基于寬禁帶半導(dǎo)體材料氮化鎵（ GaN）和銦氮化稼（ InGaN）的具有商業(yè)應(yīng)用價(jià)值的藍(lán)光 LED，這類 LED 在 1990 年代后期得到廣泛應(yīng)用。 發(fā)光二極管與小白熾燈泡和氖燈相比，發(fā)光二極管的特點(diǎn)是：工作電壓很低（有的僅一點(diǎn)巢湖學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 7 幾伏）；工作電流很?。ㄓ械膬H零點(diǎn)幾毫安即可發(fā)光）；抗沖擊和抗震性能好，可靠性高，壽命長(zhǎng)；通過(guò)調(diào)制通過(guò)的電流強(qiáng)弱可以方便地調(diào)制發(fā)光的強(qiáng)弱。少數(shù)載流子由本征激發(fā)產(chǎn)生，其數(shù)值取決于溫度，與外界電壓 VR 無(wú)關(guān)，在一定溫度下，電流的值趨于恒定 ，可認(rèn)為它基本上是不導(dǎo)電的， PN 結(jié)截止 。其中 k 為玻耳茲曼常數(shù)（ 1023? J/K） ， T 為熱力學(xué)溫度，即絕對(duì)溫度（單位為 K， 0 K=273℃）， q 為電子電荷（ 1019? C），常溫（ 300K）下，VT =。 關(guān)于式（ 1），可解釋如下： ① 當(dāng)二極管的 PN 結(jié)兩端加正向電壓時(shí)，電壓 vD 為正值，當(dāng) vD 比 VT 大幾倍時(shí)，式（ 1）中的 e TDnVv / 遠(yuǎn)大于 1，括號(hào)中的 1可以忽略。 2． 2． 3 PN 結(jié)的反向擊穿 如果 加到 PN 結(jié)兩端的反向電壓增大到一定數(shù)值時(shí)，反向電流突然增加，如圖 4所示。這時(shí) PN 結(jié)的電流和溫度進(jìn)一步升高，從而很容易燒毀 PN 結(jié)。但它有一個(gè)前提條件，就是反向 電流和反向電壓的乘積不超過(guò) PN 結(jié)容許的耗散功率，超過(guò)了就會(huì)因?yàn)闊崃可⒉?出去而使 PN 結(jié)溫度上升，直到過(guò)熱而燒毀，這種現(xiàn)象就是熱擊穿。 TV 為溫度電壓當(dāng)量。 2． 3 LED的優(yōu)缺點(diǎn) 2． 3． 1 LED 的優(yōu)點(diǎn) (1) 體積小 LED 基本上是一塊很小的晶片被封裝在環(huán)氧樹(shù)脂里面，所以它非常小，非常輕。它為固體冷光源，環(huán)氧樹(shù)脂封裝，不存在燈絲發(fā)光易燒、熱沉積等缺點(diǎn)，在恰當(dāng)?shù)碾娏骱碗妷合?，使用壽命可達(dá) 6 萬(wàn)到 10 萬(wàn)小時(shí)，比傳統(tǒng)光源壽命長(zhǎng) 10 倍以上。燈體內(nèi)也沒(méi)有松動(dòng)的部分，使得 LED 不易損壞。 2． 3． 2 LED 存在的問(wèn)題 由美國(guó)加州大學(xué)艾爾文分校進(jìn)行的一項(xiàng)調(diào)查卻顯示，使用 LED 的環(huán)保功效很可能會(huì)被其包含的有毒物質(zhì)所抵消。比如在低亮度紅色 LED燈中，研究人員發(fā)現(xiàn)其鉛含量超標(biāo)達(dá)到 8 倍，鎳含量也超標(biāo) 倍。 該報(bào)告表示， LED 中的砷、鉛、鎳和銅元素對(duì)人體和環(huán)境的影響最為 嚴(yán)重，未來(lái)應(yīng)當(dāng)進(jìn)行更為細(xì)致深入的調(diào)查，以促進(jìn)政府對(duì) LED 產(chǎn)品的安全使用和回收處理制定規(guī)范。 第三點(diǎn)人眼最不能接受的是藍(lán)光和 UV 光 (即紫外線光 )，藍(lán)光殺傷人眼活性細(xì)胞的能力是綠光的 10 倍，而 UV 光殺傷人眼活性細(xì)胞的能力又是藍(lán)光的 10 倍，長(zhǎng)期 接觸大量低波長(zhǎng)的藍(lán)光能大量殺傷人眼活性細(xì)胞，最終癌化形成斑塊。 3 LED 驅(qū)動(dòng)電路的研究 3． 1 LED 驅(qū)動(dòng)技術(shù) 3． 1． 1 電路性能分析 在需要使用比較多的 LED產(chǎn)品時(shí)，如果將所有的 LED 串聯(lián)，將需要 LED 驅(qū)動(dòng)器輸出較高的電壓 ； 如果將所有的 LED 并聯(lián)，則需要 LED 驅(qū)動(dòng)器輸出較大的電流。大電流通過(guò)損壞的這串 LED 后，由于通過(guò)的電流較大，多表現(xiàn)為斷路。 這種先串聯(lián)后并聯(lián)的線路的優(yōu)點(diǎn)是線路簡(jiǎn)單、亮度穩(wěn)定、可靠性高，并且對(duì)器件的一致性要求較低，不需要特別挑選器件，即使個(gè)別 LED 單管失效，對(duì)整個(gè)發(fā)光組件的影響也較小。如果采用恒流式 LED 驅(qū)動(dòng)方式，由于驅(qū)動(dòng)器的輸出電流保持不變，除了并聯(lián)在短路 LED 上的這一并聯(lián)支路外，其余的 LED 均正常工作。 先并后串混 合連接構(gòu)成的發(fā)光組件的問(wèn)題主要是在單組并聯(lián) LED 中，由于器件和使用條件的差別，單組中個(gè)別 LED 芯片可能喪失 PN 結(jié)特性，出現(xiàn)短路。 3． 1． 2 驅(qū) 動(dòng)器的選擇 通過(guò)以上分析可知，驅(qū)動(dòng)器與負(fù)載 LED 串 /并聯(lián)方式的搭配選擇是非常重要的，以恒流方式驅(qū)動(dòng)功率型 LED 時(shí)，不適合采用并聯(lián)負(fù)載 ， 輸出的電流是恒定的，而輸出的直流電壓卻隨著負(fù)載阻值的大小不同在一定范圍內(nèi)變化，負(fù)載阻值小，輸出電壓就低，負(fù)載阻值越大，輸出電壓也就越高；恒流電路不怕負(fù)載短路，但嚴(yán)禁負(fù)載完全開(kāi)路；恒流驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng) LED是較為理想的，但相對(duì)而言價(jià)格較高；應(yīng)注意所使用最大承受電流及電壓值，它限制了 LED 的使用數(shù)量。例如，我們將一個(gè) 110V/8W 的燈泡與一個(gè) 1uF的電容串聯(lián)，在接到 220V/50Hz 的交流電壓上，燈泡被點(diǎn)亮，發(fā)出正常的亮度而不會(huì)被燒毀。 電容降壓電路屬于 一種常見(jiàn)的小電流電源電路，由于其具有體積小、成本低、電流相對(duì)恒定等優(yōu)點(diǎn)，常應(yīng)用于 LED 的驅(qū)動(dòng)電路中。 PWM 調(diào)光通過(guò)調(diào)整亮和暗的時(shí)間比例實(shí)現(xiàn)調(diào)整亮度 。開(kāi)關(guān)開(kāi)閉周期為 T，每次閉合時(shí)間為 t，則當(dāng)占空比為 D=t／ T時(shí)， LED 的平均電流為： 巢湖學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 15 Id =Imax D （ 4） 由式 (1)可 見(jiàn) ，當(dāng) T不變 (即開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)頻率同定 )時(shí)，只要改變導(dǎo)通時(shí)間 t，就可以改變 LED 兩端的平均電流， 從而改變 LED 的亮度。 LM3404 具備逐周期限流保護(hù)能力，電流檢測(cè)所需要的反饋電壓只需要 左右，從而能夠降低芯片的功耗，而自舉電路可以提高系統(tǒng)在輕載狀態(tài)下的效率。 CAT4016 典型應(yīng)用電路如圖（ 8）所示。內(nèi)部電路使 SET 端的電壓保持在 200mV，流經(jīng)任何 LED的電流為 I=200/10=20（ mA）。 LED 的驅(qū)動(dòng)電路研究設(shè)計(jì) 18 4 LED 驅(qū)動(dòng)電路的 設(shè)計(jì) 4． 1 LED 循環(huán)燈 4． 1． 1 循環(huán)燈 電路的設(shè)計(jì) 此 循環(huán)燈電路 原理圖如圖（ 10）所示。 Q2集電極為高電壓，那么 在它上面的 LED58就亮了。與此同時(shí)三極管 Q2 集電極電壓的下降通過(guò)電容器 C2 的作用使三極管 Q3 的基極電壓也下降 ， Q3 由導(dǎo)通變?yōu)榻刂埂? 圖 11 循環(huán)燈效果圖 流動(dòng)的彩燈讓人賞心悅目，可以模擬流動(dòng)彩燈 ，閃爍起來(lái)更具動(dòng)感。 4． 2． 2 基于 LM358 的 聲控旋律燈的設(shè)計(jì) LM358 內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無(wú)關(guān)。 一177。 圖 13 聲控旋律燈 實(shí)物 圖 4． 2． 3 驅(qū)動(dòng)電路的測(cè)試 測(cè)試效果如圖（ 14）所示， 8 只高亮度 LED 會(huì)隨著音樂(lè)或是其它聲音的節(jié)奏閃動(dòng)起來(lái)，可放置于音響附近，讓燈光為音樂(lè)伴舞。然后根據(jù)功能需要進(jìn)行了電路的總體設(shè)計(jì)，并針對(duì)各自應(yīng)用特點(diǎn)提出改進(jìn)建議。 幾個(gè)月 來(lái)， 魯業(yè)頻 教授都給了我許多無(wú) 私的幫助。 在即將離開(kāi)母校走上工作崗位之際。 成績(jī)： 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 巢湖學(xué)院本科 學(xué) 生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 綜合 評(píng)定意見(jiàn) 表 答 辯 委員會(huì) 評(píng) 定 意 見(jiàn) 終評(píng)成績(jī)： 答辯 委員會(huì) 主席 簽名： 年 月 日 院系 意 見(jiàn) 院長(zhǎng)（主任）簽名： 年 月 日