【文章內容簡介】 光（藍色光+黃色光）或者是三波長光（藍色光+綠色光+紅色光），現在已實現的作品有二波長藍色單芯片加上YAG黃色熒光粉，在以后三波長光是被看好的，它是以R、G、B三種顏色熒光粉加上無機的紫外光芯片，除此之外有機單側的三波長也有較低造價的白光LED、制造相對簡單容易的特點。20世紀60年代，科學家言之成的LED是利用了PN結光電效應發(fā)光的原理。所選用的材料是GaAsP。其發(fā)光顏色僅僅能表現為紅色。經過30年的發(fā)展歷程，LED現已經能發(fā)出紅、橙、黃、綠、藍等多種多樣的光了。但是用于公共照明的白光LED是最近幾年才發(fā)展起來的?，F在已經廣泛應用的圓頭柱狀白光LED產生的白光多數都是利用色的互補關系產生的仿真型白光，它是將藍光與黃色光只講的色差結合起來，但這樣的光容易使人有一種不協調的感覺，并且無法達到高顯色性，且在要求大功率和大電流通過的情況下容易產生色差的問題，這些是白光LED今后需要解決的問題和需要努力的方向。1．2．2 白光LED的特色白光LED是被廣泛有著良好前景的LED朝陽產品，在公共照明市場的有著一定的發(fā)展?jié)摿ΑＥc傳統的照明產品相比，白光LED具有諸多優(yōu)點。如體積較小并可以有多只多樣的組合、工作時發(fā)出的熱量較低，不會產生熱輻射、耗電量較低，安全電壓電流就可以正常工作、使用壽命長平均可以達到一萬小時以上、且反應的速度較快可以在較高頻率下操作，且較為環(huán)保無污染等諸多優(yōu)點。其與傳統的照明設備的比較表如下。表11 白光LED與傳統照明設備的優(yōu)缺點比較照明方式特點白光LED體積較小并、有多只多樣的組合、工作時發(fā)出的熱量較低、不會產生熱輻射、耗電量較低、安全電壓電流就可以正常工作、使用壽命長可達到一萬小時以上、反應的速度較快可以在較高頻率下操作、較為環(huán)保無污染熒光燈節(jié)省電源，但污染嚴重，且易碎白熾燈（鎢絲燈）發(fā)光效率較低、高耗電量、使用壽命較短、且容易損壞現今白光LED仍然處于發(fā)展的初級階段，在很多方面還存在局限性，但基本上已經克服了傳統的照明設備的缺點，其中比較突出的是造價高售價高是其不能普遍的主要原因。 照明用白光LED1）照明用白光LED相關技術指標照明所用的白光LED不同于一般的LED產品，在技術指標上有一定的要求。一個直徑5mm的LED光通量只有1lm左右，但是要用作照明上的白光功率的LED要達到1klm。但由于15W的白熾燈發(fā)光效率比較低，僅8lm/W。所以一個15W的白熾燈的光通量僅僅與5W、25lm/W的白光效率LED相同。目前15lm/W提高到25lm/W的實現已經提高到產業(yè)化的程度。在2500K到6000K之間，最好是2500K到3000K之間。最好可以達到100。光通量和波長應該滿足穩(wěn)定的條件，并應依照于應用場合的需求。5萬小時到10萬小時之間。2）白光LED在不同色溫下的光譜特性 如今照明所用的白光LED與普通的LED的概念已經有著質的差異了，它并不是越白越好。人們對照明的白光光源要求很是嚴格，我國和國際上早已經制定了相關標準。照明光源有嚴格的色溫標準：5400K、5000K、4000K、3450K、2900K、2700K以及其相對應的色域，照明光源的色品質是相互關聯的。必須同時得到滿足，才能稱之為合格的照明用LED光源。 大功率白光照明LED的電學、光學特性以及熱學特性，如白光照明LED的亮度、光強、光通量、發(fā)光效率、色溫，響應時間。這些指標將在這一節(jié)放在LED電學特性、光學特性以及熱學特性中進行闡述。 大功率LED的電學特性1．IV特性 PN結伏安特性，表征LED芯片PN備性能主要參數。不同的電流直接影響LED的度和PN結的結溫. LED的IV特性具有非線性、整流性質：單向導電性，即外加正偏壓表現低接觸電阻，反之為高接觸電阻。圖12 LED的伏安特性曲線IF正向直流電流（正向測試電流），在規(guī)定的正向電壓VF下，通過極間的電流 ，不同LED因材料不同有不同的IF。 VFLED正向導通時所需電壓，同種顏色LED可能有不同的VF，所以LED公司按電壓區(qū)間分Group或BIN來加以區(qū)分，以便用戶使用。IFM正向峰值電流（正向最大電流）。在額定功率下，允許通過二極管的最大正向脈沖電流。注：一般IF=VR 稱為反向擊穿電壓；VR 電壓對應IR 為反向漏電流不同LED因材料不同，有不同的VR。 表征大功率LED跟蹤外部信息變化的快慢。通俗的來講，就是LED點亮時到LED熄滅的時間延遲。 不同材料制得的LED 響應時間各不相同；如GaAs、GaAsP、GaAlAs 其響應時間＜109S，GaP 為107 S。因此它們可用在10~100MHZ 高頻系統。另外大功率LED的正向伏安特性如圖11圖13不同白光LED的電流一電壓特性之間的差異性 LED的光學特性①光束角（beam angle )：在通過最大光強半平面上，兩條1/2最大光強方向之間的夾角稱為該平面的光束角．②光束擴散角 (field angle )：在包含最大光強的某個平面上，兩條為1/10最大光強的光線之間的夾角稱為該平面的光束擴散角（或稱有效光束角）．　在引出雜散光線的時候，出現了這個光束角以及1/10最大光強的概念。③光通量 表征LED 總光輸出的輻射能量，它標志器件的性能優(yōu)劣。F為LED 向各個方向發(fā)光的能量之和，可見光LED 的光通量單位為流明（lm）,它與工作電流的關系如下。 圖14光通量與時間關系 圖13光通量與電流關系④光效 是指LED所發(fā)出的光通量φ與其所消耗的電功率 P之比,單位為流明/瓦（lm/w）,是評價電光源用電效率最主要的技術參數,它與工作電流的關系如下。圖14 LED的光效與工作電流的關系⑤色品坐標、色溫與顯色性 ，只能說存在一般性的規(guī)律。就如人們對暖色和冷色的區(qū)分標準。色溫與色品坐標的關系式近似如下：其關系曲線如15色品圖，由此可見，不要的色品坐標可能會有同樣的色溫 ，所以能唯一決定顏色的參數是色品坐標，色溫只能參考。一般，LED封裝廠都會按色品坐標不同用不同的Bin來區(qū)分白光的顏色。以下一典型的Bin分布圖。大功率LED供應商一般會要求四個Bin同時購買，如數量較少時可以考慮與供應商溝通買單個Bin。圖15 LED的色品圖⑥壽命 在LED的應用方面,led在額定功率的條件下,光通量從衰減到初始值的規(guī)定百分比時所持續(xù)的時間稱之為LED的有效壽命。均壽命一批led同時點亮,當經過一段時間后,led不亮達到50%時所用的時間.經濟壽命 在同時考慮led損壞以及光輸出衰減的狀況下,%,用于室內光源為80%。 LED的熱學特性LED的主要熱學參數有結溫（Tj）和熱阻（Rth）有很大的關系。LED的許多特性參數與結溫有很大的關系 ，具體如下：①LED的主波長隨溫度關系由上式可知，每當結溫升高10℃，則波長向長波漂移1nm，且發(fā)光的均勻性、一致性變差。②LED結溫與壽命的關系圖16 LED結溫與壽命的關系圖③LED結溫與電流的關系 白光工作電流基本上隨溫度的升高而升高，表現為正溫度特性，℃。圖17 LED結溫與電流的關系圖④LED結溫與色品坐標的關系 如下圖圖18 LED結溫與色品坐標的關系圖⑤LED結溫與正向電壓和光通量的關系 圖19 LED結溫與正向電壓和光通量的關系圖 課題主要研究的大功率LED驅動的基本情況以及注意事項原始電源有各種形式，但無論哪種電源，一般都不能直接給LED供電。因此，要用LED做照明光源就要解決電源變換的問題。大功率LED實際上是一個電流驅動的低電壓單向導電器件。所以本課題主要要實現大功率LED的直流控制、高效率、過壓保護、DC/DC轉換器的效率、DC/DC升壓操作、以及保證恒定電流驅動等諸多技術問題。同時特別注意的應有以下事項：① LED是單向導電器件，所以說只有用直流電流或是單向脈沖電流驅動LED工作。② LED是有PN結結構的器件，因此它是有勢壘電勢，勢壘電勢就形成了導通門限電壓，所以說只有LED兩端電壓大于這個限制電壓時LED才會導通。大功率LED的門限電壓一般在3V以上，本設計選用的1W大功率LED的門限電壓為3~。③ 由之前介紹我們得到LED的電流電壓特性屬于非線性。因這就造成了LED的電流和LED兩端的電壓不成正比，所以提供穩(wěn)定可靠的電流也就成了挑戰(zhàn)。④ LED的PN結的特點為負溫度系數，LED的勢壘電勢會隨著其溫度升高還降低。所以大功率LED不能直接用簡單的直流電壓源供電工作，因此采取限流措施是必要的，否則大功率LED會隨著其溫度的升高流過的電流過大而損壞。另外，還應注意的問題有輸出電流電壓的精度: 一般恒流源電流在177。8%。恒壓源電壓在177。2%， 功率因數: 一般在75%~85%；高功率因數在≥85%；節(jié)能之星要求家用 ≥ 70%，商用≥ 90%。過載、短路、過熱保護的問題，開路保護或限壓保護(對恒流源)，過沖保護(對恒流插墻式電源,如電源無此保護,設計LED電路時應在電路上并聯，電容以消除次極開、關時大電流對LED的損傷)。 壽命，節(jié)能之星要求家用≥ 70%，商用≥ 90%。初級帶電。[[]周志敏，周紀海，紀愛華 LED照明技術與應用電路 [D]]2 DCDC轉換電路的原理和控制策略分析2．1 DCDC轉換電路兩種電路結構的分析