【導(dǎo)讀】靈活、調(diào)節(jié)方便等諸多優(yōu)點(diǎn)。為此，從LED的發(fā)展和特點(diǎn)出發(fā)，結(jié)合LED的恒流發(fā)。低光源的能耗，將其應(yīng)用于照明光源的設(shè)計(jì)中。隨著LED生產(chǎn)成本的降低，LED的。應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，包括手持終端設(shè)備、車(chē)載以及建筑照明。LED的高可靠性、極佳。的效率以及瞬態(tài)響應(yīng)能力使得它們成為很好的光源。了解LED的特點(diǎn)和電學(xué)特性。自行查閱有關(guān)資料，查閱的參考文獻(xiàn)不少于。30篇，其中中外期刊資料不少于5篇；學(xué)習(xí)并掌握LED驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)以及分析現(xiàn)有驅(qū)動(dòng)電路的優(yōu)缺點(diǎn)；電路，并對(duì)其外圍電路進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)大功率LED的調(diào)光控制；用Protel繪出設(shè)計(jì)電路圖并進(jìn)行調(diào)試、測(cè)試電路，以驗(yàn)證其功能；完成外文資料的翻譯；撰寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）不少于兩萬(wàn)八千字。畢業(yè)論文要介紹LED的。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，LED的應(yīng)用隨需求而變得急劇增大，它已經(jīng)廣泛地應(yīng)用。種場(chǎng)合的應(yīng)用要求。比于驅(qū)動(dòng)電流，因此驅(qū)動(dòng)電路的好壞直接影響LED的發(fā)光質(zhì)量。無(wú)論哪種電源，一般都不能直接給LED供電。

　　

【正文】 ED 的 C— V 特性曲線 （ 3） 允許功耗 P 假設(shè)流過(guò) LED 的電流為 FI ，管壓降為 FV ，則 LED 的功率消耗為 FFp V I??。當(dāng) LED 工作時(shí)，若外加偏壓、偏流一定，則會(huì)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。若結(jié)溫為 JT 、外部環(huán)境溫度為 aT ，則當(dāng) JaTT?時(shí)，內(nèi)部熱量借助管座向外傳熱，散逸熱量 (功率 )，可表示為 ： ()T J aP K T T?? （ 25） （ 4） 響應(yīng)時(shí)間 響應(yīng)時(shí)間是指輸入正向電流后 LED 開(kāi)始發(fā)光 （ 上升 ） 和熄滅 （ 衰減 ） 的時(shí)間。響應(yīng)時(shí)間用于表征某一顯示器跟蹤外部信息變化的快慢。 LED 的上升時(shí)間隨著電流的增大近似地按指數(shù)規(guī)律衰減。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 的點(diǎn)亮?xí)r間（即上升時(shí)間） 是指從接通電源 使發(fā)光亮度達(dá)到正常值的 10%開(kāi)始，一直到發(fā)光亮度達(dá)到正常值的 90%所經(jīng)歷的時(shí)間。 LED 的熄滅時(shí)間（即下降時(shí)間）是指從正常發(fā)光到發(fā)光亮度減弱至原來(lái)的 10%所經(jīng)歷的時(shí)間。 LED 的光學(xué)特性 （ 1） 發(fā)光強(qiáng)度 第 15頁(yè) LED 有紅外 （ 非可見(jiàn) ） 與可見(jiàn)光兩個(gè)系列，前者可用輻射度來(lái)度量其光學(xué)特性，后者可用光度學(xué)來(lái)量度其光學(xué)特性。 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(lái)人們研究了 LED 的光強(qiáng)分布特性。這個(gè)參數(shù)的實(shí)際意義很大，直接影響到 LED 顯示裝置的最小觀察角度。 LED 采用的是圓柱形、圓球型封裝，由于凸透鏡的作用，故都具有很強(qiáng)的指向性，其中發(fā)現(xiàn)法向上的光強(qiáng)最大，其與水平面的交角為 90 度。當(dāng)偏離正法向方向不同的角度時(shí)，光強(qiáng)也隨之變化。例如交通標(biāo)志的 LED 必須保證在較大角度的人都能識(shí)別。 （ 2） 發(fā)光峰值波長(zhǎng)及其光譜分布 LED 所發(fā)的光并非單一波長(zhǎng)，無(wú)論用什么材料制成的 LED，其光譜分布曲線都有一個(gè)相對(duì)光強(qiáng)度最強(qiáng)處 （ 光輸出最大 ） ，與之相對(duì)應(yīng)有一個(gè)波長(zhǎng)，此波長(zhǎng)叫做峰值波長(zhǎng)，用 0? 表示。只有單色光才有峰值波長(zhǎng)。 （ 3） 光通量 光通量 F 是表征 LED 總光輸出的輻射能量，它標(biāo)志器件的性能優(yōu)劣。 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)。隨著電流增加， LED 的光通量隨之增大?？梢?jiàn)光 LED 的光通量單位為流明 （ lm） 。光通量與芯片材料、封裝工藝水平及外加恒流源大小有關(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(duì)于 1mm 1mm 的功率級(jí)芯片制成白光 LED，其F=18lm。 （ 4） 發(fā)光效率和視覺(jué)靈敏度 ①發(fā)光效率 光通量與電功率之比。 LED 的效率有內(nèi)部效率 (PN 結(jié)附近由電能轉(zhuǎn)化成光能的效率 ) 與外部效率 (輻射到外部的效率 )之分，內(nèi)部效率只是用來(lái)分析和評(píng)價(jià)芯片優(yōu)劣的特性。 LED 最重要的特性是輻射出光能量 (發(fā)光量 )與輸入電能之比，即發(fā)光效率。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)。 LED的量子效率為： dI ?? ? ??? ?c發(fā) 射 的 光 子 數(shù) e（ ） PPN 結(jié) 載 流 子 數(shù) h （ 26） 若輸入能量 W=UI，則發(fā)光能量效率為：p PW?? 若光子能量 ch ev? ，則 p??? 所以，總光通量為：PFF P K WP ??? 第 16頁(yè) 式中： FKP?。 ② 視覺(jué)靈敏度 人的視覺(jué)靈敏度在 ? =555nm 處有一個(gè)最大值 6801m/w。若視覺(jué)靈敏度記為 k? ，則發(fā)光能量 P 與可見(jiàn)光通量 F 之間關(guān)系為 p p d F K P d??????? （ 27） （ 5） 發(fā)光亮度 發(fā)光亮度是衡量 LED 發(fā)光性能又一重要參數(shù)，具有很強(qiáng) 的 方向性。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 ） 。其正法線方向上的亮度為 00 IB A? （ 28） 若光源表面是理想漫 反射面，亮度 0B 與方向無(wú)關(guān)，為常數(shù)。晴朗的藍(lán)天和熒光燈的表面亮度約為 7000Nit（ 尼特 ） ，從地面看太陽(yáng)表面亮度約為 814 10? Nit。 LED 的發(fā)光亮度與外加電流密度 （ 0J ） 有關(guān)，對(duì)于一般的 LED， 0J 增大時(shí) 0B 也增大。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。當(dāng)環(huán)境溫度不變時(shí)，電流增大足以引起 PN 結(jié)的結(jié)溫升高，溫度升高后 ， 亮度呈飽和狀態(tài)。 （ 6）壽命 LED 壽命一般都很長(zhǎng)，在電流密度 0J 小于 1A/㎡的情況下，壽命可達(dá) 610 h，即可連續(xù)點(diǎn)燃一百多年，這是任何光源都無(wú)法與之競(jìng)爭(zhēng)的。 LED 的發(fā)光亮度會(huì)隨著工作時(shí)間的延長(zhǎng)而衰退，這就是老化。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 的熱學(xué)特性 LED的熱學(xué)參數(shù)與 PN結(jié)的結(jié)溫有很大的關(guān)系。一般工作 在小電流 （ 10FI ? mA）下，或者在 10— 20mA 下長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)點(diǎn)亮?xí)r， LED 的溫升不明顯。若環(huán)境溫度較高，LED 的主波長(zhǎng)或 P? 就會(huì)向長(zhǎng)波長(zhǎng)漂移， 0B 也會(huì)下降，尤其是點(diǎn)陣、大顯示屏的溫升對(duì) LED 的可靠性、穩(wěn)定性影響更為顯著。 LED 的主波長(zhǎng)與溫度的關(guān)系可表示為 39。00 0( ) ( ) 0 .1Pg nmT T T C??? ? ? ? （ 210） 第 17頁(yè) 由上式可知，每當(dāng)結(jié)溫生高 10℃時(shí)，波長(zhǎng)向長(zhǎng)波漂移 1nm，且發(fā)光的均勻性、一致性變差。這對(duì)于供照明用的燈具光源要求小型化、密集排列以提高單位面積上的光強(qiáng)、光亮度的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，尤其應(yīng)注意選用散熱好的燈具外殼或?qū)ｉT(mén)通風(fēng)設(shè)備，確保 LED 長(zhǎng)期穩(wěn)定工作。 LED 光源的特點(diǎn) LED 光源的優(yōu)勢(shì) （ 1） 電壓： LED 使用低壓電源，供電電壓在 6— 24V 之間，根據(jù)產(chǎn)品不同而異，所以它是一個(gè)比使用高壓電源更安全的電源，特別適用于公共場(chǎng)所。 （ 2） 效能：消耗能量較同光效的白 熾燈減少 80%。 （ 3） 適用性：很強(qiáng)，每個(gè)單元 LED 小片是 3— 5 ㎜的正方形，所以可以制造 成各種形狀的器件，并且適合于易變的環(huán)境。 （ 4） 穩(wěn)定性： 10 萬(wàn)小時(shí)，光衰為初始的 50%LED 燈的使用壽命很長(zhǎng)。 LED 長(zhǎng)壽命是由其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和發(fā)光機(jī)理決定的。只要是 LED 所加的電壓不大大地超過(guò)額定值， LED 中的載流子就會(huì)在外電壓的驅(qū)使下不斷地移動(dòng)，從而不斷地發(fā)光，不會(huì)產(chǎn)生老化或像白熾燈泡中那樣的鎢絲燒斷現(xiàn)象。因此，裝上 LED 燈后，沒(méi)有其他意外事故，完全用不著更換。 （ 5） 響應(yīng)時(shí)間： 白熾燈的響應(yīng)時(shí)間為毫秒級(jí)， LED 燈的響應(yīng)時(shí)間 為納秒級(jí)。 （ 6） 對(duì)環(huán)境污染：環(huán)保，無(wú)污染，無(wú)有害金屬汞。 （ 7） 顏色：改變電流可以變色，發(fā)光二極管方便地通過(guò)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。如小電流時(shí)為紅色的 LED，隨著電流的增加，可以依次變?yōu)槌壬?，黃色，最后為綠色。 （ 8） 價(jià)格： LED 的價(jià)格比較昂貴，較之于白熾燈，幾只 LED 的價(jià)格就可以與一只白熾燈的價(jià)格相當(dāng)，而通常每組信號(hào)燈需由上 300～ 500 只二極管構(gòu)成 。 LED 存在的問(wèn)題 （ 1） 光通低、價(jià)格高 例如：?jiǎn)蝹€(gè) 1W 的 LED 器件，光通量約為 251m，質(zhì) 量好的售價(jià)要超過(guò) 50 元，差的也要 20 元。而 251m 的光通量對(duì)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(shuō)，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(wèn)題。 （ 2） 顯色性差 第 18頁(yè) 目前白光 LED 普遍使用發(fā)藍(lán)光 LED 疊加 ， 由藍(lán)光激發(fā)的發(fā)黃光的憶鋁石榴石（ YAG） 熒光粉，合成為白光。由于其發(fā)光光譜中僅含藍(lán)、黃這兩個(gè)主波，所以存在色溫偏高、顯色指數(shù)偏低的問(wèn)題 （ 也就使被照物體顏色失真 ） ，不符合普通照明要求。人眼對(duì)色差的敏感性大 大高于對(duì)光強(qiáng)弱的敏感性，對(duì)照明而言，光源的顯色性往往比發(fā)光效率更重要。 （ 3） 光衰問(wèn)題 由于照明用光源對(duì)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(zhǎng)， 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。 （ 4） 發(fā)熱問(wèn)題 由于 LED 芯片的表面面積均為小于 1 2mm ，工作時(shí)電流密度大，二極管內(nèi)發(fā)熱嚴(yán)重，如果不加以 疏導(dǎo)，將使芯片損壞，由于照明要求多個(gè) LED 組合而成， LED密集度大，長(zhǎng)時(shí)間發(fā)光溫升在所難免，所以必須加強(qiáng)散熱，使得 LED 光源的體積變大，給燈的外形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)增加難度。 （ 5） 光學(xué)系統(tǒng)問(wèn)題 為方便替代原有的白熾燈與熒光燈，在新產(chǎn)品推廣的前期，應(yīng)盡可能做到燈頭及燈的外形尺寸與原有光源有互換性，盡可能利用原有的燈具。由于 LED 燈是多個(gè)發(fā)光二極管的組合，發(fā)光表面既不是均勻的面光源，又不是單純的點(diǎn)光源，而是多個(gè)發(fā)光中心的集合，配光曲線與傳統(tǒng)的光源不同，使其在許多原有燈具中難以達(dá)到最佳照明效果。除此之外，還存在許多其他問(wèn) 題，有待光電子行業(yè)與照明行業(yè)共同解決。 雖然目前的白光 LED 相對(duì)于普通照明而言，還有一段距離，但隨著“國(guó)家半導(dǎo)體照明工程”啟動(dòng)，在政府的重視和推動(dòng)下，科技界和產(chǎn)業(yè)界的共同努力下，我們相信在不遠(yuǎn)的將來(lái)，半導(dǎo)體 LED 燈一定可以走進(jìn)千家萬(wàn)戶。 第 19頁(yè) 第三章 LED 驅(qū)動(dòng)電路 LED 驅(qū)動(dòng)技術(shù) 原始電源有各種形式，但無(wú)論哪種電源，一般都不能直接給 LED 供電。因此，要用 LED 作照明光源就要解決電源變換問(wèn)題。 LED 實(shí)際上是一個(gè)電流驅(qū)動(dòng)的低電壓?jiǎn)蜗驅(qū)щ娖骷?LED 驅(qū)動(dòng)應(yīng)具有直流控制、高效率、 PWM 調(diào)光、 過(guò)壓保護(hù)、負(fù)載斷開(kāi)、小型尺寸以及簡(jiǎn)便易用等特點(diǎn)。給 LED 供電的電源必須注意以下事項(xiàng)： （ 1） LED 是單向?qū)щ娖骷捎谶@個(gè)特點(diǎn)，就要用直流電流或者單向脈沖電流給 LED 供電。 （ 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(shì)壘電勢(shì)，這就形成了導(dǎo)通門(mén)限電壓，加在 LED 上的電壓值超過(guò)這個(gè)門(mén)限電壓時(shí) LED 才會(huì)充分導(dǎo)通。 LED的門(mén)限電壓一般在 以上，正常工作時(shí)的管壓降為 3V。 （ 3） LED 的電流 — 電壓特性是非線性的，流過(guò) LED 的電流在數(shù)值上等于供電電源的電動(dòng)勢(shì)減去 LED 的勢(shì)壘電勢(shì)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 ） 。因此，流過(guò) LED 的電流和加在 LED 兩端的電壓不成正比。 （ 4） LED 的 PN 結(jié)的溫度系數(shù)為負(fù)，溫度升高時(shí) LED 的勢(shì)壘電勢(shì)降低。由于這個(gè)特點(diǎn)，所以 LED 不能直接用電壓源供電，必須采用限流措施，否則隨著 LED工作時(shí)溫度的升高，電流會(huì)越來(lái)越大，以至損壞 LED。 （ 5）流過(guò) LED 的電流和 LED 的光通量的比值也是非線性的。 LED 的光通量隨著流過(guò) LED 的電流增加而增加，但卻不成正比，越到后來(lái)光通量增加得越少。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。 另外， LED 也和其 他光源一樣，所能承受的電功率是有限的。如果加在 LED上的電功率超過(guò)一定數(shù)值， LED 也可能損壞。由于生產(chǎn)工藝和材料特性方面的差異，同型號(hào)的 LED 的勢(shì)壘電勢(shì)以及 LED 的內(nèi)阻也不完全一樣，這就導(dǎo)致 LED 工作時(shí)的管壓降不一致，再加上 LED 勢(shì)壘電勢(shì)具有負(fù)的溫度系數(shù)，因此， LED 不能直接并聯(lián)使用。 半導(dǎo)體照明是未來(lái)照明領(lǐng)域重要的發(fā)展方向。發(fā)光二極管作為一種新型照明光源正在獲得越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。發(fā)光二極管是一種單向電流驅(qū)動(dòng)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(shì)壘電勢(shì)，形成了低正向電壓時(shí) 不導(dǎo)通的死區(qū)。導(dǎo)通時(shí)管壓降具有負(fù)的溫度系數(shù)。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(wèn)題。實(shí)際應(yīng)用中驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管的原始電源有許多種，但大體上可以分為市電驅(qū)動(dòng)和直流驅(qū)動(dòng)兩大類。由于世界各地供電標(biāo)準(zhǔn)的差別，市電有 220V 和 110V 兩種交