【正文】 ………………………………………………………… ...20 參考文獻(xiàn) ……………………………………………………………………………………………………… ...21 致 謝 ……………………………………………………………………………………………………… …… .21 附 件一 實物照片 ………………………………………………………………………………………… .… 22 浙江機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣 電子工程 學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計說明書 3 引 言 “綠色照明”是 20世紀(jì) 90年代初提出的照明領(lǐng)域的新方針，它是從節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境的角度提出的。綠色照明的質(zhì)量和水平已成為人類社會現(xiàn)代化程度的一個重要標(biāo)志之一，成為人類社會可持續(xù)發(fā)展的一項重要的措施。 我國照明用電在經(jīng)濟(jì)用電中僅次于電動機(jī)占居第二位，而且以低效照明光源為主，雖然我國組織實施了綠色照明工程，但仍于國外發(fā)達(dá)國家有著較大的距離。 LED是一種可將電能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽艿陌雽?dǎo)體發(fā)光器件，屬于固態(tài)光源。 LED屬于典型的綠色照明光源。LED 不僅可用于大型廣告顯示屏、建筑和交通照明、城市重點(diǎn)建筑的夜景照明光源，而且正在迅速成為非豪華汽車的標(biāo)準(zhǔn)配置，白光 LED已經(jīng)成為便攜式電子產(chǎn)品顯示屏的 主要光源，并朝著日常照明應(yīng)用的方向發(fā)展。 LED產(chǎn)品的開發(fā)研制生產(chǎn)已成為發(fā)展前景十分誘人的朝陽產(chǎn)業(yè)。 浙江機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣 電子工程 學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計說明書 4 第一章 緒 論 LED的結(jié)構(gòu)以及發(fā)光原理 LED（ Light Emitting Diode），發(fā)光二極管，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。半導(dǎo)體晶片由兩部分組成，一部分是 P型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是 N型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子。當(dāng)電流通過導(dǎo)線作用于這個晶片的時候，電子就會被推向 P區(qū)，在 P區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會以光子的形式發(fā)出能量，這就是 LED 發(fā)光的原理。 最初 LED用作儀器儀表的指示光源，后來各種光色的 LED在交通信號燈和大面積顯示屏中得到 了廣泛應(yīng)用，產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。經(jīng)紅色濾光片后，光損失 90%，只剩下 200流明的紅光。 汽車信號燈也是 LED光源應(yīng)用的重要領(lǐng)域。 1998 年發(fā)白光的 LED 開發(fā)成功。 GaN 芯片發(fā)藍(lán)光（ λp=465nm ， Wd=30nm），高溫?zé)Y(jié)制成的含 Ce3+的 YAG熒光粉受此藍(lán)光激發(fā)后發(fā)出黃色光射，峰值 550nm。 LED基片發(fā)出的藍(lán)光部分被熒光粉吸收，另一部分藍(lán)光與熒光粉發(fā)出的黃光混合，可以得到得白光。這種通過藍(lán)光 LED得到白光的方法，構(gòu)造簡單、成本低廉、技術(shù)成 熟度高，因此運(yùn)用最多。當(dāng)時研制的ＬＥＤ，所用的材料是ＧａＡＳＰ，其發(fā)光顏色為紅色。然而照明需用的白色光 LED僅在近年才發(fā)展起來，這里向讀者介紹有關(guān)照明用白光 LED。例如 LED發(fā)的紅光的峰值波長為 565nm。由此可見，要使 LED發(fā)出白光，它的光譜特性應(yīng)包括整個可見的光譜范圍。根據(jù)人們對可見光的研究，人眼睛所能見的白光，至少需兩種光的混合，即二波長發(fā)光（藍(lán)色光＋黃色光）或三波長發(fā)光（藍(lán)色光＋綠色光＋紅色光）的模式。目前國際上掌握 “ 藍(lán)光技術(shù) ” 的廠商僅有少數(shù)幾家，所以白光 LED的推廣應(yīng)用，尤其是高亮度白光ＬＥＤ在我國的推廣還有一個過程。這兩種方法都已能 成功產(chǎn)生白光器件。第二種方法采用不同色光的芯片封裝在一起，通過各色光混合而產(chǎn)生白光。白熾燈和鹵鎢燈，其光效為 12～24流明／瓦；熒光燈和 HID燈的光效為 50～ 120流明／瓦。有公司預(yù)測，到 2021年， LED的光效可達(dá)50流明／瓦，到 2021年時， LED的光效可望達(dá)到 150～ 200流明／瓦。由此可見開發(fā)白光 LED作家用照明光源，將成可能的現(xiàn)實。目前， HELLA公司 利用白光 LED開發(fā)了飛機(jī)閱讀燈；澳大利亞首都的一條街道已用了白光 LED作照明；我國的城市交通管理燈也正用白光ＬＥＤ取代早期的交通秩序指示燈。 LED 光源具有使用低壓電源、耗能少、適用性強(qiáng)、穩(wěn)定性高、響應(yīng)時間短、對環(huán)境無污染、多色發(fā)光等的優(yōu)點(diǎn)，雖然價格較現(xiàn)有照明器材昂貴，仍被認(rèn)為是它將不可避免地現(xiàn)有照明器件。 （ 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，所以它非常的小，非常的輕。工作電流是 。 （ 3） 使用壽命長 在恰當(dāng)?shù)碾娏骱碗妷合拢?LED的使用壽命可達(dá) 10萬小時 （ 4） 高亮度、低熱量 （ 5） 環(huán)保 LED是由無毒的材料 做 成，不像熒光燈含水銀會造成污染，同時 LED也可以回收再利用。燈體內(nèi)也沒有松動的部分，這些特點(diǎn)使得 LED可以說是不易損壞的。頻閃會使眼睛容易疲勞。 （ 3） 照射角度有限制，一般只能照射 120176。 。進(jìn)行半導(dǎo)體照明的關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)并開發(fā)相關(guān)產(chǎn)品，實現(xiàn)半導(dǎo)體照明的產(chǎn)業(yè)化和商品化，將加快我國半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，利用高新技術(shù)促進(jìn)照明電器、汽車和建筑等傳統(tǒng)行業(yè)的技術(shù)改造和技術(shù)水平升級，同時將對能源與環(huán)境、電力電子和軍事等高新技術(shù)領(lǐng)域的快速發(fā)展起到重要的推動作用。直到現(xiàn)在，照明和城市美化所用的大部分 ，只有 5％的電能轉(zhuǎn)化成了光能。半導(dǎo)體燈替代傳統(tǒng)燈后，我國每年可節(jié)約近 1000億千瓦時，超過 2021年建成后的三峽電站的發(fā)電量。國家半導(dǎo)體照明工程協(xié)調(diào)領(lǐng)導(dǎo)小組的成立，對促進(jìn)我國白光 LED發(fā)展有著重大意義。有 50多家企業(yè)和研發(fā)機(jī)構(gòu)得到了 “ 十五 ” 科技攻關(guān)的立項支持， 60多名海外留學(xué)人員回國創(chuàng)業(yè)，一批新企業(yè)應(yīng)運(yùn)而生。 據(jù)國家半導(dǎo)體照明工程協(xié)調(diào)領(lǐng)導(dǎo)小組組長、科技部高新技術(shù)發(fā)展及產(chǎn)業(yè)化司李健司長分析，我國發(fā)展半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)的機(jī)遇很好，有幾大有利條件： 第一，我國擁有巨大的照明工業(yè)和照明市場。去年銷售收入達(dá) 445億元，出口創(chuàng)匯達(dá) 43億美元。我國人口 5倍于美國，目前年照明用電才 2021億千瓦時，僅為美國的 1／ 3，占全國用電總量的 12％。全面建 設(shè)小康社會，廣大群眾對 新型照明更是有著旺盛的需求。我國自主研制的第一個 LED，比世界上第一個 LED只晚幾個月。我國已初步形成從外延片生產(chǎn)、芯片制備、器件封裝到集成應(yīng)用的比較完整的產(chǎn)業(yè)鏈。 第三，半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)是一個技術(shù)密集型加勞動密集型產(chǎn)業(yè)，比較適合我 們的國情，其風(fēng)險和難度都低于微電子產(chǎn)業(yè)。發(fā)展我國半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略目標(biāo)不僅在于突破一批關(guān)鍵技術(shù)，掌握一批知識產(chǎn)權(quán)，更重要的是，要研究開發(fā)與資本運(yùn)作并重。另一方面，還要以應(yīng)用促發(fā)展。 浙江機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣 電子工程 學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計說明書 8 第二章 白光 LED燈驅(qū)動電源 LED驅(qū)動電源要求 LED 由于環(huán)保、壽命長、光電效率高等眾多優(yōu)點(diǎn) ,近年來在各行業(yè)應(yīng)用得以快速發(fā)展 ,LED 的驅(qū)動電源成了關(guān)注熱點(diǎn) ,理論上 ,LED 的使用壽命在 10 萬小時以上 ,但在實際應(yīng)用過程中 ,由于驅(qū)動電源的設(shè)計及驅(qū)動方式選擇不當(dāng) ,使 LED 極易損壞 .隨著 LED 的應(yīng)用日益廣泛 ,LED 驅(qū)動電源 的性能將越來越適合 LED的要求 . 我們設(shè)計 LED驅(qū)動電源時 ,有必要知道 LED電流、電壓特性 ,由于 LED的生產(chǎn)廠家及 LED規(guī)格不同 ,電流、電壓特性均有差異 .現(xiàn)以白光 LED 典型規(guī)格為例 ,按照 LED 的電流、電壓變化規(guī)律 ,一般應(yīng)用正向電壓為 左右 ,典型值電壓為 ,電流為 20mA,當(dāng)加于 LED 兩端的正向電壓超過 后 ,正向電壓很小的增加 ,LED 的正向電流都有可能會成倍增漲 ,使 LED 發(fā)光體溫升過快 ,從而加速 LED光衰減 ,使 LED 的壽命縮短 ,嚴(yán)重時甚至燒壞 LED 的電壓、電流變化特性 ,對驅(qū)動電源的設(shè)計提出嚴(yán)格要求 . LED電源的分類 LED 明系統(tǒng)需要借助于恒流供電 ,目前主流的恒流驅(qū)動設(shè)計方案是利用線性或開關(guān)型 DC/DC 穩(wěn)壓器結(jié)合特定的反饋電路為 LED 提供恒流供電 ,根據(jù) DC/DC 穩(wěn)壓器外 圍電路設(shè)計的差異 ,又可以分為電感型LED驅(qū)動器和開關(guān)電容型 LED驅(qū)動器 .電感型升壓驅(qū)動器方案其優(yōu)點(diǎn)是驅(qū)動電流較高 ,LED的端電壓較低、功耗較低、效率保持不變 ,特別適用于驅(qū)動多只 LED 的應(yīng)用 .在大功率 LED 驅(qū)動器設(shè)計中 ,主要采用開關(guān)電容型 LED 驅(qū)動方案 ,其優(yōu)點(diǎn)是 LED 兩端的電壓較高、流過的電流較大 ,從而獲得較高的功效及光學(xué)效率 . LED電源按驅(qū)動方式可以分為兩大類 : 恒流式 恒流式驅(qū)動方式有以下特點(diǎn)： （ 1） 恒流驅(qū)動電路驅(qū)動 LED是很理想的 ,缺點(diǎn)就是價格較高 。 （ 3） 恒流驅(qū)動電路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 。 浙江機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣 電子工程 學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計說明書 9 （二） 穩(wěn)壓式 恒壓式驅(qū)動方式有以下特點(diǎn)： （ 1） 穩(wěn)壓電路確定各項參數(shù)后 ,輸出的是固定電壓 ,輸出的電流卻隨著負(fù)載的增減而變化 。 （ 3） 整流后的電壓變化會影響 LED的亮度 。 LED電源按電路結(jié)構(gòu)可 以分為六類 : 常規(guī)變壓器降壓 這種電源的優(yōu)點(diǎn)是體積小 ,不足之處是重量偏重、電源效率也很低 ,一般在 45%~60%,因為可靠性不高 ,所以一般很少用 。 電容降壓 這種方式的 LED 電源容易受電網(wǎng)電壓波動的影響 ,電源效率低 ,不宜 LED 在閃動時使用 ,因為電路通過電容降壓 ,在閃動使用時 ,由于充放電的作用 ,通過 LED的瞬間電流極大 ,容易損壞芯片 。 RCC降壓式開關(guān)電源 這種方式的 LED電源優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)壓范圍比較寬、電源效率比較高 ,一般可在 70%~80%,應(yīng)用較廣 .缺點(diǎn)主要是開關(guān)頻率不易控制 ,負(fù)載電壓波紋系數(shù)較大 ,異常情況負(fù)載適應(yīng)性差 。 恒流驅(qū)動的理由 白光 LED的順向電壓通常被規(guī)范成 20mA時 ,最小為 ,最大為 ,也就是若單純施加一定的順向電壓時 ,順向電流會作大范圍的變化 . 采用恒流驅(qū)動方式 ,是比較理想的 LED 驅(qū)動方式 ,它能避免LED 正向電壓的改變而引起電流變動 ,同時恒定的電流使 LED 的亮度穩(wěn)定 .因此眾多廠家選用恒流方式浙江機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣 電子工程 學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計說明書 10 驅(qū)動 LED 驅(qū)動方式是 可行的 ,它即不恒壓 ,也不恒流 ,但通過電路的設(shè)計 ,當(dāng) LED 正向電壓升高時 ,使驅(qū)動電流減小 ,保證了 LED 產(chǎn)品的安全 .當(dāng)然正向電壓的升高只能在 LED 承受范圍 ,過高也會損壞 LED。具有沖擊負(fù)載保護(hù)、反相和過壓保護(hù) 。低帶隙基準(zhǔn)以減少電流檢測損耗 以及具有 PWM 調(diào)整亮度的功能等 . 驅(qū)動電源設(shè)計不好 LED 燈會出現(xiàn)的不良現(xiàn)象 : 1:有嘈音 。 3:關(guān)閉時閃耀 。 5:溫度很高 。對驅(qū)動器的主要要求如下： ① 為滿足便攜式產(chǎn)品的低電壓供電，驅(qū)動器應(yīng)有升降壓功能，以滿足