【正文】 ................................ 12 3． 1． 2電路性能分析 .................................................................錯誤 !未定義書簽。 LED 是半導體二極管的一種，而 二極管的核心部分是由 P 型半導體和 N 型半導體組成的晶片，在 P 型半導體和 N 型半導體之間有一個過渡層，稱為 PN 結 ， PN結具有單向導電性。 1． 1 研究的意義及主要研究內容 目前來看， LED 畢竟是一種新的材料和技術，掌握核心發(fā)光芯片制造技術的只有美 要 國和日本少數幾個國家，高昂的價格讓 LEO 燈進入家庭照明還需一定時日，但這不能否定 LED 極其廣闊的發(fā)展前景。黃振春說： “即使這樣，我們的市場空間還是很大的。 本課題的主要研究內容包括 ： ‘無論那種電源，都不可能直接給 LED 供電，所以，要應用 LED 做照明光源，LED 的驅動電路研究設計 2 就要解決電源變換的問題。選用合適的 LED 燈透鏡，整燈裝配，并同實際測量結果進行了對比，使最終的結果具有實用性。 節(jié)能已經成為衡量各項技術的關鍵指標 ， 尋找節(jié)能的方式勢在必行。 LED 發(fā)展歷史已經幾十年，但在照明領域的應用還是新技術。有人還預測，未來的 LED 壽命上限將無窮大。 LED 的應用市場將更加廣泛，特別在全球能源短缺的憂慮再度升高的背景下， LED 在照明市場的前景更備受全球矚目，被業(yè)界認為在未來 10 年成為最被看好的市場以及最大的市場將是取代白熾燈、鎢絲燈和熒光燈的最大潛力商品。 據《 20202017 年中國 LED 照明產業(yè)市場前瞻與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報告》分析認為， LED 照明市場一直被認為是 LED 最重要、最具發(fā)展前景的應用。 1． 2． 2 LED 的應用領域 LED 光源與傳統(tǒng)光源相比較，具有如下的優(yōu)點：超長壽命，可達幾萬小時，傳統(tǒng)光源一般為幾千小時；結構堅固，沒有鎢絲、玻殼等容易損壞的部件，具有極高的抗震性能；響應速度快，光通上升時間短；對點燈線路要求低，易實現調光和智能控制；耐開關沖擊，適用于頻繁開關場合；高效節(jié)能，現有光效已經超過白熾燈，理論光效可達 2020m／ W；不含汞、鉛等有害物質，沒有污染，綠色環(huán)保。 數據顯示， 2020 年， LED的應用領域包括 : (1) 建筑物外觀照明 對建筑物某個區(qū)域進行投射，無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結合。固定端可以設計為插拔式，依據植物生長的高度，方便進行調節(jié)。其精確的布光，可作為博物館光纖照明的替代品。長壽命、高流明的維持值（ 10， 000 小 時后仍然維持 90％的光通），與ＰＡＲ燈和金鹵燈的 50～ 250 小時的壽命相比，降低了維護費用和更換光源的頻率。 (6) 視頻屏幕全彩色ＬＥＤ 顯示屏是當今世界上最為引人注目的戶外大型顯示裝置，采用先進的數字化視巢湖學院 2020 屆本科畢業(yè)論文（設計） 5 頻處理技術，有無可比擬的超大面積與超高亮度。屏幕可以劃分成多個畫面，而同時顯示，將華爾街股市的行情一目了然呈現在公眾面前。 LED 作 為汽車燈主要因為其壽命長、低功耗、響應速度快等特點。 它的基本結構是一塊電致發(fā)光的半導體材料，置于一個有引線的架子上，然后四周用環(huán)氧樹脂密封，起到保護 內部芯線的作用，所以 LED 的抗震性能好。 PN 結加反向電壓，少數載流子難以注入 ，故不發(fā)光。 當電子與空穴復合時能輻射出可見光，因而可以用來制成發(fā)光二極管。當電子和空穴復合時釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發(fā)出 的光的波長越短。 用 GaN 形成的藍光 LED1993 年，當時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體材料氮化鎵（ GaN）和銦氮化稼（ InGaN）的具有商業(yè)應用價值的藍光 LED，這類 LED 在 1990 年代后期得到廣泛應用。 發(fā)光二極管與小白熾燈泡和氖燈相比，發(fā)光二極管的特點是：工作電壓很低（有的僅一點巢湖學院 2020 屆本科畢業(yè)論文（設計） 7 幾伏）；工作電流很?。ㄓ械膬H零點幾毫安即可發(fā)光）；抗沖擊和抗震性能好，可靠性高，壽命長；通過調制通過的電流強弱可以方便地調制發(fā)光的強弱。少數載流子由本征激發(fā)產生，其數值取決于溫度，與外界電壓 VR 無關，在一定溫度下，電流的值趨于恒定 ，可認為它基本上是不導電的， PN 結截止 。其中 k 為玻耳茲曼常數（ 1023? J/K） ， T 為熱力學溫度，即絕對溫度（單位為 K， 0 K=273℃）， q 為電子電荷（ 1019? C），常溫（ 300K）下，VT =。 關于式（ 1），可解釋如下： ① 當二極管的 PN 結兩端加正向電壓時，電壓 vD 為正值，當 vD 比 VT 大幾倍時，式（ 1）中的 e TDnVv / 遠大于 1，括號中的 1可以忽略。 2． 2． 3 PN 結的反向擊穿 如果 加到 PN 結兩端的反向電壓增大到一定數值時，反向電流突然增加，如圖 4所示。這時 PN 結的電流和溫度進一步升高，從而很容易燒毀 PN 結。但它有一個前提條件，就是反向 電流和反向電壓的乘積不超過 PN 結容許的耗散功率，超過了就會因為熱量散不 出去而使 PN 結溫度上升，直到過熱而燒毀，這種現象就是熱擊穿。 TV 為溫度電壓當量。 2． 3 LED的優(yōu)缺點 2． 3． 1 LED 的優(yōu)點 (1) 體積小 LED 基本上是一塊很小的晶片被封裝在環(huán)氧樹脂里面，所以它非常小，非常輕。它為固體冷光源，環(huán)氧樹脂封裝，不存在燈絲發(fā)光易燒、熱沉積等缺點，在恰當的電流和電壓下，使用壽命可達 6 萬到 10 萬小時，比傳統(tǒng)光源壽命長 10 倍以上。燈體內也沒有松動的部分，使得 LED 不易損壞。 2． 3． 2 LED 存在的問題 由美國加州大學艾爾文分校進行的一項調查卻顯示，使用 LED 的環(huán)保功效很可能會被其包含的有毒物質所抵消。比如在低亮度紅色 LED燈中，研究人員發(fā)現其鉛含量超標達到 8 倍，鎳含量也超標 倍。 該報告表示， LED 中的砷、鉛、鎳和銅元素對人體和環(huán)境的影響最為 嚴重，未來應當進行更為細致深入的調查，以促進政府對 LED 產品的安全使用和回收處理制定規(guī)范。 第三點人眼最不能接受的是藍光和 UV 光 (即紫外線光 )，藍光殺傷人眼活性細胞的能力是綠光的 10 倍，而 UV 光殺傷人眼活性細胞的能力又是藍光的 10 倍，長期 接觸大量低波長的藍光能大量殺傷人眼活性細胞，最終癌化形成斑塊。 3 LED 驅動電路的研究 3． 1 LED 驅動技術 3． 1． 1 電路性能分析 在需要使用比較多的 LED產品時，如果將所有的 LED 串聯，將需要 LED 驅動器輸出較高的電壓 ； 如果將所有的 LED 并聯，則需要 LED 驅動器輸出較大的電流。大電流通過損壞的這串 LED 后，由于通過的電流較大，多表現為斷路。 這種先串聯后并聯的線路的優(yōu)點是線路簡單、亮度穩(wěn)定、可靠性高，并且對器件的一致性要求較低，不需要特別挑選器件，即使個別 LED 單管失效，對整個發(fā)光組件的影響也較小。如果采用恒流式 LED 驅動方式，由于驅動器的輸出電流保持不變，除了并聯在短路 LED 上的這一并聯支路外，其余的 LED 均正常工作。 先并后串混 合連接構成的發(fā)光組件的問題主要是在單組并聯 LED 中，由于器件和使用條件的差別，單組中個別 LED 芯片可能喪失 PN 結特性，出現短路。 3． 1． 2 驅 動器的選擇 通過以上分析可知，驅動器與負載 LED 串 /并聯方式的搭配選擇是非常重要的，以恒流方式驅動功率型 LED 時，不適合采用并聯負載 ， 輸出的電流是恒定的，而輸出的直流電壓卻隨著負載阻值的大小不同在一定范圍內變化，負載阻值小，輸出電壓就低，負載阻值越大，輸出電壓也就越高；恒流電路不怕負載短路，但嚴禁負載完全開路；恒流驅動電路驅動 LED是較為理想的，但相對而言價格較高；應注意所使用最大承受電流及電壓值，它限制了 LED 的使用數量。例如，我們將一個 110V/8W 的燈泡與一個 1uF的電容串聯，在接到 220V/50Hz 的交流電壓上，燈泡被點亮，發(fā)出正常的亮度而不會被燒毀。 電容降壓電路屬于 一種常見的小電流電源電路，由于其具有體積小、成本低、電流相對恒定等優(yōu)點，常應用于 LED 的驅動電路中。 PWM 調光通過調整亮和暗的時間比例實現調整亮度 。開關開閉周期為 T，每次閉合時間為 t，則當占空比為 D=t／ T時， LED 的平均電流為： 巢湖學院 2020 屆本科畢業(yè)論文（設計） 15 Id =Imax D （ 4） 由式 (1)可 見 ，當 T不變 (即開關的開關頻率同定 )時，只要改變導通時間 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能力，電流檢測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 典型應用電路如圖（ 8）所示。內部電路使 SET 端的電壓保持在 200mV，流經任何 LED的電流為 I=200/10=20（ mA）。 LED 的驅動電路研究設計 18 4 LED 驅動電路的 設計 4． 1 LED 循環(huán)燈 4． 1． 1 循環(huán)燈 電路的設計 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。與此同時三極管 Q2 集電極電壓的下降通過電容器 C2 的作用使三極管 Q3 的基極電壓也下降 ， Q3 由導通變?yōu)榻刂埂? 圖 11 循環(huán)燈效果圖 流動的彩燈讓人賞心悅目，可以模擬流動彩燈 ，閃爍起來更具動感。 4． 2． 2 基于 LM358 的 聲控旋律燈的設計 LM358 內部包括有兩個獨立的、高增益、內部頻率補償的雙運算放大器，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關。 一177。 圖 13 聲控旋律燈 實物 圖 4． 2． 3 驅動電路的測試 測試效果如圖（ 14）所示， 8 只高亮度 LED 會隨著音樂或是其它聲音的節(jié)奏閃動起來，可放置于音響附近，讓燈光為音樂伴舞。然后根據功能需要進行了電路的總體設計，并針對各自應用特點提出改進建議。 幾個月 來， 魯業(yè)頻 教授都給了我許多無 私的幫助。 在即將離開母校走上工作崗位之際。 成績： 指導教師簽名： 年 月 日 巢湖學院本科 學 生畢業(yè)論文（設計） 綜合 評定意見 表 答 辯 委員會 評 定 意 見 終評成績： 答辯 委員會 主席 簽名： 年 月 日 院系 意 見 院長（主任）簽名： 年 月 日