【正文】 感謝在百忙之中抽出時間參加論文評閱的各位專家。感謝微電子系05級3班的同學(xué)，他們不僅在工具的使用、資料的查找和理論分析方面給了極大的幫助和支持，而且一起進(jìn)行討論研究，深化了我對課題的認(rèn)識，并在實物制作的過程中提供了指導(dǎo)，沒有這些老師和同學(xué)所得幫助，也就沒有本課題的順利完成。 35 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)[1]應(yīng)根裕,胡文波,：人民郵電出版社,2002.[2]——,26(4):1320[3]雷玉堂,——,2003,15:3334.[4]李卓,朱崇恩,，2003,7:1113.[5]崔元日,——,2004,28(2):3134.[6],2004,26(7):3639.[7]白杉,，2004,5(1):4243.[8]——,.[9]：//[10] LED Array Packages Offer Wide Viewing Angle.[11]徐敏,尹周平,2004,15(2):139143.[12],2003,32(5):319324.[13]甘彬,馮紅年,2005,27（5）:3337.[14]金尚忠,王東輝,并將其中一種用于制作LED組合照明燈。 ，發(fā)現(xiàn)單純采用小功率高亮度LED或大功率LED制備的光源存在著光通量低、成本過高和/或散熱不理想等方面的問題，而高亮度LED與大功率LED組合封裝的光源則在發(fā)光量、發(fā)光效率、成本以及散熱方面有相對的優(yōu)勢，可應(yīng)用于目前的照明市場?；谔岣甙l(fā)光效率和有利散熱等要求，設(shè)計并組裝了LED光源樣品，并進(jìn)行了測試。主要的結(jié)論如下：，對LED封裝與組裝技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了歸納，指出了新興的多芯片封裝技術(shù)在LED照明光源上的應(yīng)用可行性。并且由于CPU散熱器的鰭較少，并且較厚，所以并不能很好的傳導(dǎo)熱量，導(dǎo)致和基板的接觸面溫度較高而其他地方溫度基本未變，因此散熱效果一般，導(dǎo)致不能長時間的點燃LED，但是該問題能使用加裝風(fēng)扇解決，這樣就導(dǎo)致成本大幅度提高，實用價值不高。在這次制作中，共測試了兩種散熱器，其中一種為LED專用散熱器，該散熱器為太陽花結(jié)構(gòu)，能夠完全散開3顆1W的LED發(fā)出的熱量，并且經(jīng)過實際測試，當(dāng)使用專用導(dǎo)熱硅膠使鋁基板和其良好接觸時，散熱效果較好，即使長時間使用，也不會使LED因高溫?zé)龤?，是一種極為有效的散熱方式，并且外形美觀，價格適中，可以在實際中大規(guī)模應(yīng)用。它們層層相連，散熱面積逐漸擴(kuò)展，其中任何一個環(huán)節(jié)傳熱不暢都將極大地影響光源整體的散熱性能。因此研究LED光源的散熱性能，提出解決散熱問題措施對于提高LED光源的性能有非常重要的意義。還使得LED的發(fā)光效率降低、封裝結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度下降和封裝體積增大，并且大大降低了LED的使用壽命[45,46]。對此的證明屬于光學(xué)的范疇，超出了本論文的研究范圍，因此僅以兩張圖片表明聚光罩的重要性：圖416未使用聚光罩，燈泡散射范圍大，照明距離小圖417 使用聚光罩后，照明距離大大增加 33 5 LED的散熱問題及解決方案5 LED的散熱問題及解決方案為了適應(yīng)通用照明的需要，LED光源的光通量不斷提高，而發(fā)熱量也迅速增加。發(fā)散的，這就對其使用提出了相當(dāng)大的限制。但是要特別注意升高電壓時電流增大的問題，適當(dāng)時可以添加限流電阻。當(dāng)電壓繼續(xù)升高時，LED燈仍能正常工作，并且流明明顯增高，但是同時發(fā)熱量急劇增大，電流達(dá)到1200mA，為保證LED燈泡的安全，當(dāng)電壓達(dá)到16V后，未繼續(xù)加大電壓。 LED照明燈測試與分析在實際測試中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電壓達(dá)到6V以上時，LED燈已經(jīng)可以點燃，但是流明嚴(yán)重不足，發(fā)出的光較暗。光學(xué)元件也作為燈罩保護(hù)LED光源，并獲得美觀的燈具外形。如不進(jìn)行很好的聚光罩設(shè)計，其用途幾乎為零。圖414 組合光源的基板設(shè)計高亮度LED插裝到PCB上后，焊接牢固并測試導(dǎo)通性能，接著用剪刀修整引腳，最后將所有的LED元件按照設(shè)計要求完成電互連。MCPCB露出的導(dǎo)熱區(qū)和焊盤上都鍍有Ni，可焊性比較好。當(dāng)該電路需要驅(qū)動2個甚至3個串聯(lián)或者并聯(lián)的LED燈的時候，僅需要改變的值，其余的元件的參數(shù)均不需要改變，如驅(qū)動2個串聯(lián)LED燈的時候，驅(qū)動3個并聯(lián)的LED燈的時候，.光源設(shè)計和驅(qū)動電路選擇完成后，接下來是光源的組裝。圖413 AMC7150芯片及引腳用途 其中，CIN為47uF，電壓為16V，為680820pF， 。圖412 AMC7135的兩種不同封裝 ,主要應(yīng)用于一般LED照明與汽車LED輔助照明. AMC7150則內(nèi)建PWM(脈沖寬度調(diào)變)與功率晶體管,~40V間,只要調(diào)整外部電阻值即可達(dá)到變更輸出電流的目的。在實際使用中，因此，在不使用容阻降壓時，只能使用1節(jié)鋰電供電。150176。最大耐熱260176。圖410 一個實際的3*7135電路圖411 AMC7135芯片原理圖及引腳用途 該芯片為美國進(jìn)口，共有兩種不同的引腳形式，但這兩種不同形式形式的芯片的引腳用途完全相同，如圖412。圖410為一個實際應(yīng)用的3*7135電路板及組件。對我們設(shè)計的LED燈，均可采用這種驅(qū)動電源，比如用作露營燈的光源可采用汽車電源，普通照明手電可采用多節(jié)電池。誤差放人器對穩(wěn)流電源的性能影響也是至關(guān)重要的，它的作用及其原理與穩(wěn)壓電源中的放大器大致相同，可以選用低漂移、低噪聲運(yùn)算放大器也可以采用斬波放大器、雙通道放大器等結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的電路。除了用電阻取樣外，在輸出電流較大的情況下，也可以采用電流比較儀取樣。同時在電阻結(jié)構(gòu)設(shè)計上要考慮冷卻措施。在穩(wěn)流電源中要承受較大的功率損耗，溫升高，阻值變化也就比較大。此外，還要對穩(wěn)壓管做嚴(yán)格的老化和篩選工作，要選用溫度漂移較小的穩(wěn)壓管。因此，一般都要選用低溫度系數(shù)穩(wěn)壓管做基準(zhǔn)電壓源，要求穩(wěn)定度較高的穩(wěn)流電源還需采取恒溫措施，將外界溫度變化影響降低到最小。在穩(wěn)流電源中，基準(zhǔn)電壓是比較重要的組成部分，它的好壞直接影響著電源穩(wěn)定性能。就是說，采樣電阻上的信號電壓被削弱，造成電流補(bǔ)償不足，因此會使穩(wěn)流電源的穩(wěn)定性能變差。因為穩(wěn)流電源的輸人電壓變化引起整個回路的電流變化都經(jīng)過采樣電阻，使負(fù)載電阻和輸出端電阻上的電流得到相同比例的校正，輸山電流的穩(wěn)定度同不存在時一樣。在輸出端設(shè)置一個后，因要流過一定量的電流（根據(jù)調(diào)整管的穿透電流和輸出電流下限值來確定），可以排除這種不良影響。是輸出端的附加電阻，它的作用是旁路調(diào)整管的不可控制的穿透電流，特別是當(dāng)調(diào)整管功率較大時，負(fù)載較輕或空載時，比較大的能迫使輸出端電壓達(dá)到整流電壓所能供給的最大值，引起嚴(yán)重的過壓。由自動調(diào)節(jié)原理可知，穩(wěn)流電源的調(diào)節(jié)函數(shù)為： 圖49穩(wěn)流電源常見的一種形式圖49是穩(wěn)流電源最常見的一種形式，其中采樣電阻串連在功率回路里，作為回路電流的采樣元件。同理，當(dāng)負(fù)載電阻變化時，也會引起電流偏差，該偏差與反饋環(huán)路增益大小有關(guān)。該補(bǔ)償電壓經(jīng)調(diào)整管轉(zhuǎn)換得到補(bǔ)償電流，的大小視環(huán)路增益和調(diào)整管的跨導(dǎo)而定。當(dāng)穩(wěn)流電源的輸人電壓變化時，因為調(diào)整管有比較大的動態(tài)電阻，由此在回路中引起的電流變化比調(diào)整管被短路時要小得多。調(diào)整管在反饋信號的推動下，將輸出電流調(diào)節(jié)在設(shè)定值的范圍內(nèi)并保持基本不變。所謂穩(wěn)流電源，實質(zhì)上就是穩(wěn)定取樣電阻上的電壓降。圖47 串聯(lián)調(diào)整型穩(wěn)流電源原理框圖因為電流取樣電阻比穩(wěn)流電源整個回路中的輸入電阻小得多，這樣所有負(fù)載電流幾乎全部流過電流取樣電阻。穩(wěn)壓電源的取樣電阻與負(fù)載并聯(lián)叫做電壓取樣。 串聯(lián)調(diào)整型穩(wěn)流電源工作原理圖47是串聯(lián)調(diào)整型穩(wěn)流電源的原理框圖，它包括調(diào)整管、采樣電阻、基準(zhǔn)電壓、誤差比較放大器和輔助電源等部分。根據(jù)圖46，可以寫出 如果晶體管的放大倍數(shù)足夠大，穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓值比晶體管的基極－發(fā)射極電壓大得多，那么和兩項就可以忽略不計，則上式可以簡化歸納為：。這就是晶體管穩(wěn)流電源穩(wěn)流的原理。圖46是一個簡單的晶體管穩(wěn)流源電路。負(fù)載電流流過RP產(chǎn)生一個電壓降，從而獲得控制柵極與陰極間的負(fù)偏壓，該偏壓的大小可根據(jù)所需要的恒定電流的大小改變可調(diào)電阻RP的阻值來實現(xiàn)。控制柵極與陰極之間開路時，沒有輸出電流。改變控制柵極與陰極間負(fù)偏壓的大小就可以調(diào)整負(fù)載電流的大小。圖45 多只恒流二級管并聯(lián)組成的穩(wěn)流源由恒流二極管組成的穩(wěn)流電源有一個問題，就是恒定電流不可調(diào)整，為此可使用由恒流三極管組成的穩(wěn)流源電路。恒流管選定后可以根據(jù)恒流管手冊給出的和值，應(yīng)用上述兩式求出輸入電壓。此時要使小于，即 式中和是指輸入電壓和負(fù)載允許變化的范圍，比如10％或20％。圖44 恒流二極管穩(wěn)流電源從圖44中不難看出，只有在負(fù)載電阻最小和輸入電壓最高時，恒流二極管兩端的工作電壓為最高。該電源是利用恒流二極管的穩(wěn)流特性進(jìn)行穩(wěn)流的，它僅需要一只恒流二極管，結(jié)構(gòu)非常簡單，具有較高的穩(wěn)定性和可靠性。參數(shù)穩(wěn)流電源電路結(jié)構(gòu)比較簡單它主要分為恒流二極管穩(wěn)流電源、恒流二極管穩(wěn)流電源、晶體管穩(wěn)流電源及電子管穩(wěn)流電源等幾種型式。它穩(wěn)定的對象是電源的輸出電流。 直流穩(wěn)流電源所謂穩(wěn)壓電源，穩(wěn)定的對象是電源的輸出電壓，當(dāng)輸入電壓、負(fù)載、環(huán)境溫度等外界條件在一定范圍內(nèi)變化時電源的輸出電壓基本保持不變。恒流源的產(chǎn)生非常簡單，控制器不需將電源輸出穩(wěn)壓，而是如圖43所示，直接針對電流感測電阻的兩端電壓進(jìn)行穩(wěn)壓，此時通過白光LED的電流是由電源供應(yīng)的參考電壓值和電流感測電阻值來決定。這種白光LED電流的極端改變會影響顯示器亮度，這是許多應(yīng)用無法接受的。然而這種方法有其缺點，鎮(zhèn)流電阻會限制通過的電流，白光LED的非線性VI曲線也讓這種方法的穩(wěn)流能力非常差；此外，只要外加電壓或白光LED的正向電壓(VF)有任何變動，白光LED的電流都會改變。圖43 驅(qū)動LED的恒流電源驅(qū)動白光LED的主要目標(biāo)是產(chǎn)生正向電流通過組件，這可采用恒壓源或恒流源來實現(xiàn)。在驅(qū)動多個LED時，只需把它們串聯(lián)就可以在每個LED中實現(xiàn)恒定電流。圖42說明了這種方法。產(chǎn)生恒流電源很容易。恒流電源可消除正向電壓變化所導(dǎo)致的電流變化。此時，按照傳統(tǒng)的設(shè)計方法，通常須為每個LED配備獨(dú)立的限流電阻，避免通過它們的電流出現(xiàn)差異，借以克服LED正向壓降一致性差。另外，根據(jù)可用的輸入電壓，鎮(zhèn)流電阻的壓降和功耗會浪費(fèi)功率和降低電池使用壽命。這是溫度或制造變化引起的特定壓變，那么正向電流則降低到14mA。但此方法有許多不足之處，LED正向電壓的任何變化都會導(dǎo)致LED電流的變化。第一種方法是采用LED VI曲線來確定產(chǎn)生預(yù)期正向電流所需要向LED施加的電壓。圖41 LED光強(qiáng)與正向電流的關(guān)系 LED連接方式的比較LED是由電流驅(qū)動的器件，其亮度與正向電流呈比例關(guān)系。 LED光源驅(qū)動電路LED的亮度由流過的電流決定，在不損壞LED的情況下，一般二極管的亮度是隨著流過LED電流的增加而變亮，流過LED電流的大小與亮度大致成正比，圖41是我們使用的1W LED的相對光強(qiáng)與正向電流的關(guān)系。除了LED的選擇及分布外，驅(qū)動電路也直接影響到LED光源性能的正常發(fā)揮。選用MCPCB是為了快速地將大功率LED產(chǎn)生的熱量散失掉，從而保證其穩(wěn)定發(fā)揮性能。為了得到均勻而亮度足夠的照明效果，同時將燈的成本控制在合適范圍內(nèi)且散熱良好，我設(shè)計了1種LED組合光源。在我們的實驗中，選用的LED為美國CREE公司生產(chǎn)的1W LED，發(fā)光顏色為近白色。透鏡的作用是將光線按所希望的路徑出射。從性能和成本上考慮，LED目前已具備作為小型照明光源的條件，可應(yīng)用于家庭內(nèi)部輔助照明，比如吊頂燈和射燈等。 LED吊頂燈與射燈的設(shè)計隨著人們對家裝要求的提高，室內(nèi)照明質(zhì)量及光源特色受到人們更多的關(guān)注。單只LED發(fā)光亮度低，不能滿足一般光源所需的亮度要求，為達(dá)到照明要求，一般采取將多只高亮度LED組成點陣光源，并且選用合適的光學(xué)系統(tǒng)，以實現(xiàn)良好的照明效果。目前LED照明光源已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于特種照明領(lǐng)域，比如汽車上的閱讀燈和剎車燈，手機(jī)背光源，景觀照明裝飾燈，舞臺照明燈，安全照明燈以及手電筒等，這為LED進(jìn)入通用照明市場打下了堅實的基礎(chǔ)。也可以采用等間距測量法，即在X和Y軸上，每隔等距離測量一次數(shù)據(jù)，進(jìn)而求出總的光通量。具體做法是首先將LED燈具垂直固定，讓其光線投射到被照面上，被照面被劃分為不同半徑的若干同心小環(huán)帶，將每個小環(huán)帶的面積乘以該面積上測得的平均照度值，即為該面積上的光通量，各個小環(huán)帶面積上的光通量相加，即為該燈具所發(fā)射的總光通量[43]。為了確定LED光源個數(shù)和LED的位置，必須通過有效計算LED照明光源總的光通量。當(dāng)LED照明光源在被照面上各點產(chǎn)生的照度比較均勻時，可用平均照度來表征工作面上照明的程度。由于不存在相干的問題，因此當(dāng)有n個點光源同時照射到工作面時，n個點光源產(chǎn)生的照度等于每一光源分別產(chǎn)生的照度的總和。對于LED照明光源，一般為多個點光源構(gòu)成。(1)距離平方反比定律如圖314所示，點光源S在指向平面N(與入射光線垂直的平面)上P點的方向上光強(qiáng)為Iθ，光源到P點的距離為l,投射到包括P點的指向平面上的面元上的光通量為： 因面元dAn很小，可以把它看成是以點光源為球心的球面積的一部分，所以立體角dω可由下式確定：根據(jù)照度的定義，光源在指向平面上P點產(chǎn)生的照度En為: 距離平方反比定律說明，點光源在與照射方向垂直的平面上產(chǎn)生的照度與光源至被照面的距離的平方成反比。照度表征的是被照表面單位面積上的光通量。對于LED照明光源，其直接應(yīng)用于各種需要照明的場合，或作為主要照明光源，或作為輔助光源。在燈具設(shè)計中，照明計算主要是包括兩個方面：一個是照