LED均匀照明

LED均匀照明（精选八篇）

LED均匀照明 篇1

随着时代的进步以及科技技术的不断推陈出新, 现今LED照明已经普遍被应用在人们的日常学习生活和工作中, 大型居民住宅以及办公场所均采用LED照明, 而LED照明也以其较好的节能环保性以及高效率的发光性等显著特点而备受人们喜爱。

二、初探LED照明原理与特性

(一) 原理。

通常来讲LED其发光光源主要是由族化合物组成, 包括了磷化镓半导体以及砷化镓半导体和磷砷化镓半导体等等。具有PN特性, 可以正向导通也可以进行反向击穿。一般在正向电压内电子通过N区向P区进行不断注入, 被注入电子则与带空穴发生复合作用进而引起发光。而在负向电压内电子则通过P区向N区进行不断注入, 此时被注入电子与带空穴发生生复合作用下也可以引起发光。而无论是处于正向电压内发光还是负向电压内发光都是通过复合作用产生, 复合量越大那么光量子也就会呈现出较高的发光效率。

(二) 特性。

LED其照明特性主要是包含了具有一定的极限参数以及具备了可靠性和环保性。其中极限参数主要是指通过LED的无论是正向电压还是负向电压都必须要保证在电流之积的范围内, 一旦超出这个范围那么LED则会在过量发热状况下损坏。而可靠性则是主要指LED具有较好的电解电容。因为电解电容是保障LED照明寿数的关键所在。电解电容能够维持一万小时则较好的保证了LED的使用可靠性。LED的环保特性主要是指该种照明不存在对环境具有较大污染的铅和汞, 使用环境更加整洁和卫生[1]。

三、探析大功率的LED实现均匀照明所需要的投射设计

(一) 关于折射面投射设计。

大功率的LED要想实现其在照明中的均匀性就必须要进行关于折射面的实际投射设计。具体来讲一个LED其投射器应该是能够满足既定出射光各个角度的折射需求, 进而才能实现在一定区域中的均匀性照明。因而在实际关于折射面的设计中照明目标平面应该和实际投射器保持L距离, 同时L距离应该是照明投射器尺寸的五倍, 进而确保投射器折射出的光源具备可见性。为了增加折射面投射设计的便捷性, 折射面投射器的C曲面以及D曲面应该设计为平面, 而BN曲面则应该设计为圆柱面。光源经过AB曲面之后通过投射器折射出来的角度, 即光轴和光源出射光之间的夹角则保证在大θ角度。并且在照明的目标平面上呈现出r1和r2总长度距离。此长度也代表投射器折射出的光角度最大, 同时在照明目标平面上实现均匀性的照明。此外光源在经过FN曲面之后通过投射器折射出来的角度为小θ角度, 在在照明的目标平面上呈现出r0长度距离。而此时在照明平面上r0长度距离与r1和r2总长度距离形成一部分重叠区域[2]。而这部分重叠区域则为最终折射面投射出的均匀性照明区域。而这种重叠性均匀照明也增加了大功率的LED的实际照明亮度。

(二) 关于反射面投射设计。

除了要进行关于折射面投射设计之外还要进行关于反射面的投射设计, 具体来讲LED其投射器还需要能够满足既定出射光各个角度的反射需求。在实际关于反射面的设计中, 所有入射光源经过S点达到B反射点以及A反射点。然后在经过D反射点和Q反射点进行二次反射[3], 实现多层次性的反射需求。最终呈现在照明目标平面上为均匀性的照明光线。而这种二次性反射设计也使得LED满足了现代多层次需求的照明需求。

四、结论

综上分析可知, 对于LED来讲要想实现其均匀性的投射必须要了解LED的本质照明原理以及相关的照明特性等等, 只有在此基础上进行的反射面以及折射面实际投射设计才能真正的实现大功率的LED在照明中的均匀性。

摘要：相较于传统白炽灯照明而言, LED照明无论是在照明亮度上还是在照明稳定性以及能耗等方面都具有较为明显的优势, 但是LED照明芯片如果没有经过光学处理直接应用在灯具以及照明器件上则难以实现性能的良好发挥。因而研究大功率均匀照明的LED二次设计就显得尤为必要。本文基于此就LED其照明原理特性进行着手分析, 在此基础上探析大功率的LED实现均匀照明进行的投射器实际设计。以期为后续关于LED照明方面的设计研究提供理论上的参考依据。

关键词：大功率LED,投射器,均匀照明,设计

参考文献

[1]陈巧云, 陈瑾.一种实现均匀照明的LED反射器设计[J].照明工程学报, 2011, 02:71-74+80.

[2]吴仍茂.一种基于同步多曲面方法的LED定向照明设计[J].光学技术, 2009, 04:561-565.

LED均匀照明 篇2

奥的亮照明国际有限公司产品开发部总监PK Li表示：“科锐的新款XLamp LED阵列给我们留下了深刻的印象，该款阵列将优异的照明级性能与易用性完美结合在一起，让我们能够迅速开发公司的新款A19灯和筒灯产品。”

CXA20阵列采用单个均一光学系统、22mm×22mm紧凑型封装，且只需两颗螺丝就可固定，从而可帮助需要在光源设计中采用单颗器件的客户简化制造流程。在用于传统的筒灯应用时，采用CXA20的灯具亮度比26W的紧凑型荧光灯（CFL）或100W的白炽灯泡高38%，且输入功率仅为14W。

科锐公司LED元器件部副总裁兼总经理Norbert Hiller表示：“科锐将继续向市场推出最全面的照明级LED产品系列，确保为照明应用提供最佳LED光源。对期望获得科锐照明级性能，同时又想简化室内LED照明设计和制造的照明设备制造商来说，CXA系列LED阵列是理想的选择。”

LED面光源均匀化方法 篇3

近年来,随着半导体照明技术的发展,发光二极管(LED)以低功耗、无辐射和寿命长等优点[1],被越来越多地用在指示、显示和照明领域。LED作为一种新型节能光源,随着性能的不断提高和价格下降,已经成为未来照明光源的主流。目前单颗LED的发光功率不高,不足以采用单颗的方式照明[2]。而且LED的光强分布近似郎伯分布,不经过一定的光学设计,难以满足照明的需要,为提高总的光输出量,一般采用多颗LED配置成阵列的方式,来满足不同照明领域的需求[3]。

过去,采用了很多不同的方法来达到均匀照明,但这些光学设计都存在一些不足。比如采用复眼透镜或梯形筒来达到均匀照明的设计方法,此方法由于光线需要经过透镜或在梯形筒中进行多次反射,造成光能的损失,所以这两种方法均会降低光能的利用率[4],而且这两种光学系统具有一定的复杂性,对于一般照明不适用。另外,在其他一些设计中出现的使用自由曲面透镜来实现均匀照明的例子,由于自由曲面透镜的设计一般需要通过偏微分方程求解,而且能够得到解析解的偏微分方程很少,求解过程也比较复杂,因而这种方法使用起来也不方便[5]。

文章构建LED光源的理论模型,推导LED照射到接收面上的总辐射照度的表达式,应用光学仿真软件模拟LED阵列照明情况,分析不同的LED之间排列间距,光源到接收面间距离等因素对于照明均匀性的影响。通过研究LED阵列的排列方式和最优的排列间距,实现目标面上的照度均匀性。

1 LED面光源设计的理论基础

在理想情况下,单颗LED是郎伯型光源,他的光强分布由发光角的余弦值决定。实际上,由于封装上的原因,如材料和形状不同,导致发光二极管的光强分布是发光角的余弦的多次方函数,其近似方程[6]为

式中,E0(r)为沿LED的光轴(θ=0)方向上的距离光源r处的照度值;θ为LED的发光角;m的值和LED的发光区域与封装透镜的曲率中心之间的距离有一定关系,如果发光区域和封装透镜曲率中心重合,则m≈1,这时,LED可以近似看作是一个理想郎伯光源。对于市场上大多数LED,其m值一般都大于1(m>1)。根据式(1)可以看出,当m值增大时,光照强度会随之衰减。m值大小由θ1/2决定:

式中θ1/2为LED的配光曲线中对应发光强度为最大值1/2时的角度。由式(1,2)可以推出,当光源的光照射到垂直于光轴方向接收面上时的光强分布为[7]

式中,I0为LED法线上的光强,r为LED到接收面之间的距离。如果将上式改写入直角坐标系中,设LED在x,y平面上,z轴表示LED到被照射平面之间的距离,那么坐标系中一点P(x,y,z)处的照度可以写作[8]

式中I为LED的光照强度,(x0,y0)为LED在x,y平面上的位置坐标。

2 均匀照度的LED阵列理论模型

2.1 单颗LED的照度分布

文章采用Cree公司出产的型号为C503D的白光LED作为光学模拟用的LED,根据厂商所提供的说明书中的光谱能量分布图和辐射场角分布图,利用光源特性生成器(Source property generator)可以在光学软件(Tracepro)中生成该LED的表面材质特性,如图1所示。

生成LED表面材质特性后,在光学模拟软件中对该LED的光照度分布进行模拟,设定接收面与LED之间的距离为300mm,接收面积设为50mm×50mm,平滑程度σ=10,计算机经过平滑处理得到光照度分布图,其中平滑程度用σ来表示。使用Tracepro模拟出的单颗LED光照度分布图如图2所示。

2.2 均匀照度的圆环阵列

在实际情况中,为达到照明均匀化的目的,常常使用中心轴线放置一颗LED的圆环阵列,如图3所示。

图3中圆环即为LED所在的圆环,该环在XOY平面上,点A是该圆环上的一颗LED,点B是圆环中轴线上的LED。P(x,y,z)是接受面上的任意一点,接受面距圆环所在平面的距离为Z。

假设圆环上面有N颗LED(N≥3),接受面上的光照度E由单颗LED的照度分布相加而得[9],根据式(4),接收面上的照度为

式中,r为圆环的半径。h为在圆环中心轴线上的LED相对于圆环中心之间的距离,I为LED的光照强度。

为方便比较,将圆环上LED的个数设为6颗,在Tracepro中建立照明阵列模型如图4所示。

3 均匀照度模型的模拟与分析

设定圆环半径r为40mm,圆环阵列与接收面之间的距离Z为200mm时。改变中心LED相对于圆环中心的距离h,对于不同的h值,在Tracepro中模拟出辐射照度分布如图5所示。

当圆环半径为50mm,接收面与圆环阵列之间的距离z为200mm时。对于不同的LED相对于圆环中心的距离h,利用Tracepro模拟出辐射照度分布图如图6所示。

由上面两组图对照得出,当圆环半径r为40mm时,圆环阵列的均匀光照范围在-20～20mm之间,当把圆环半径增大到50mm时,圆环阵列的均匀光照范围扩展到了-40～40mm。由此可见,依靠改变圆环半径的大小能够增加面光源的均匀照明范围。

随着圆环阵列的半径的增大,在接收面上可以得到较大范围的光照均匀区域,但是由于LED之间的距离被拉大,而导致接收面上的光照强度明显下降,则面光源在实际使用中的使用范围受到限制。

此外,为了达到均匀照明的目的,在调节LED与圆环中心的相对距离h时,若圆环半径为40mm,光照度在h为20mm左右的位置上均匀,若圆环半径为50mm,h为-5mm时,光照度就变得均匀了。可见,圆环半径增大,为满足均匀照度分布的要求,LED与圆环中心的相对距离h的值也就相应地减小。

4 结束语

文章使用圆环阵列来达到均匀照明的要求,但是圆环阵列的均匀辐射照度分布范围较小,所以在使用的LED不变的情况下,作者采用了中间增加一颗LED的方法扩大圆环阵列的均匀辐射照度分布范围,依靠调节中间LED相对于圆环中心的距离来达到照度均匀的目的。另一种方法是固定中心LED和圆环上的LED处于同一平面上,但是这需要改变中心LED的发光强度,才能够满足均匀光照的要求。该方法在LED的选取和电路的制作上增添了复杂度。文章讨论了圆环阵列与接收面之间的距离,圆环半径和中心LED相对于圆环中心的距离之间关系对于LED面光源的影响。在今后的LED面光源设计中,可以根据他们的关系来设计符合照明要求的照明系统。

摘要：文章通过半导体发光二极管(Light-emitting diode,LED)的配光曲线,构建单颗LED的理论模型,设计可实现均匀照度的LED排列方式。基于几何光学和辐射照度理论,对满足均匀照明的LED阵列进行分析,推导光源照射到观测屏上的总辐射照度的表达式,使用光学模拟软件建立LED阵列的模型,利用软件进行光线追迹。通过仿真结果分析LED之间排列间距,光源到接收面间距离等因素对于照明均匀性的影响。

关键词：LED阵列,光源设计,照度均匀分布,光学模拟,圆环阵列

参考文献

[1]Narukawa Y.White-light LEDs[J].Optics and PhotonicsNews,2004(15):24-29.

[2]黄启禄,吴逢铁.基于近场均匀照明的LED二次曲线阵列的研究[J].光学学报,2010,30(10):3039-3043.

[3]许文海,赵欢,芦永军.LED阵列式紫外固化光源光学系统设计[J].光学精密工程,2007,15(7):1032-1037.

[4]史永胜,买迪,宁磊.实现在不同场合中LED均匀照明的方法研究[J].应用光学,2011(04):613-617.

[5]Ding Yi,Liu Xu,Zhang Zhenrong,et al.Free fromLED lens for uniform illumination[J].Optics,2008,16(17):12958-12966.

[6]Wood D.Optoelectronic semiconductor devices[M].Lon-don:Prentice Hall,1994.

[7]郭靖,金尚忠.RGB LED白光照明单元的组合设计[J].液晶与显示,2009(01):145-150.

[8]Ivan M,Avendano-Alejo M,Tzonchev R I.Designinglight-emitting diode arrays for uniform near-field irrandi-ance[J].Applied Optics,2006(45):2265-2272.

均匀亮度低温升LED光源系统设计 篇4

关键词：LED光源,均匀亮度,低温升,恒流驱动

0 引言

发光二极管 ( light emitting diode, LED) 作为一种全新的照明产品, 具有光效高, 耗能低、绿色环保、寿命长、体积小、易维护、启动迅速等特点[1], 作为第四代照明光源, 在50 W及以下照明行业中具有其他光源无法超越的优势。目前在手电照明、背光照明 ( 汽车音响、仪表板、手机背光板) 、交通信号灯及指示板、室内照明、汽车内照明和矿山、潜水、抢险等特殊照明场合得到广泛应用并取得显著经济效益, 成为世界上最长寿命和最有发展前景的光源技术。随着LED技术的迅猛发展, 其发光效率逐步提高, 特别在全球能源短缺的忧虑再度升高的背景下, LED在照明市场的前景更备受全球瞩目, 被业界认为是在未来10年的最大潜力商品。

目前市场上的照明光源主要有白炽灯、日光灯、冷阴极灯 ( cold cathode fluorescent lamps, CCFL) 、LED、金属卤素灯 ( 高压钠灯和低压钠灯) 、HID ( high intensity discharge高压气体放电灯, 俗称“氙气灯”) 和感应耦合等离子体 ( inductively coupled plasma, ICP) 光源[2,3,4]。这些光源的基本特性归纳见表1。

通过表1 的相关数据对比可知, LED光源在理论寿命、发光效率、稳定性、功耗、显色指数等综合性能上都具有显著优势。

本文从电力电子学、电磁学、光学、固体物理学等交叉学科入手, 通过分析LED的发光特性及其驱动电路的设计原理、结构, 研究制作了一款功率可达50 W、发光效率可达70 lm/W、显色指数为Ra>70 的均匀亮度低温升LED光源系统。

1 方案设计

1.1 整体结构

本文设计的均匀亮度低温升LED光源系统的原理框图如图1 所示。主要分为以下4 个部分: 1) 隔离式恒压源电路, 包括整流器、滤波器、高频变压器和反激式变换器; 2) LED恒流驱动及调光电路, 核心为Boost电路; 3) 光学设计; 4) 散热设计。

220 V市电输入经过滤波、整流转化为直流电源, 经过高频变压器和反激式变换器拓扑, 转换为19 V稳压源, 再经过Boost变换器拓扑转换为35 V/1.5 A恒流输出来驱动LED, 并利用单片机实现数字调光功能, 光线经灯具的漫反射、折射和反射后发出, 利用灯具整体作为散热系统, 实现了均匀亮度低温升的功能。

1.2 隔离式恒压源电路

图2 为隔离式恒压源电路图。220 V市电经EMI滤波、整流之后的输出电压由DC-DC恒压电路处理, 恒压电路是由NCP1200 芯片构成的反激变换器, 工作频率为100 k Hz, 并具有输出短路保护功能, 能有效的起到电网隔离作用, 输出电压为19 V, 输出电流为3 A。反馈检测电路通过光耦进行隔离送入控制芯片实时调整占空比[5,6,7]。

设计的DC-DC反激式变换器拓扑, 开关管Q导通时, 输入电压Vi加在变压器T的初级, 开关管导通, 漏极电压变低, 因同名端的作用, 输出整流二级管的阳极电压变低, 二极管反向截止, 初级绕组电流线性上升, 次级绕组中无电流流过。输出电压由输出电容提供。开关管Q截止时, 次级整流二极管正偏导通, 磁芯的磁通量 φ 不能突变, 导通期间储存在初级电感的电能耦合至次级。初级绕组电流逐渐下降, 次级绕组电流逐渐上升。在不断的能量储存与释放过程中, 输入电能以85%的效率送至输出, 维持19 V电压、60 W功率的恒定输出。

电路的参数计算如下:

电路工作占空比:

变压器初级绕组峰值电流:

开关管导通及截止时间:

最小匝比估算:

式 ( 1) -式 ( 4) 中: η 为电路效率, Lp为初级绕组电感, Po为输出功率, fsw为电路工作频率, Ip为初级绕组峰值电流, Vsrms为次级绕组峰值反向电压。

次级绕组峰值反向电压取整流二极管的反向耐压100 V由公式 ( 4) 估算出最小匝比为100 ∶ 30, 实际中反向电压<100 V, 匝比经调试取100 ∶ 21, 根据式 ( 1) 、式 ( 2) 、式 ( 3) 可以求出变压器初级绕组电感560 μH。电路开关管SPP11N80C3, 耐压800 V, 具有超低栅极电荷启动、快速开关、改进跨导、低漏源等效电阻等特点, 能有效以低损耗实现电路的开关动作。

1.3 LED恒流驱动及调光电路

1) LED恒流驱动电路

图3 为LED恒流驱动电路。电路采用TI公司芯片TPS40210 构成Boost升压恒流电路, TPS40210 具有宽范围输入电压、可调整工作频率、内置过流保护及斜率补偿、固定频率电流模式控制等特点。电路工作于电流连续模式, 工作频率500 k Hz。电路输入由隔离恒压源提供安全稳定的19 V电压, 输出35 V/1.5 A, 可以驱动50 W左右的LED光源[6,11,12]。

电路正常工作时, 当开关管Q导通, 输入电能储存在电感L中, 电感电流线性增加, 输出电压由输出电容Cout提供, 输出电压Vo的脉动量 ( 即纹波) ΔU = IoD / ( Cf ) , 开关管Q截止时, 电感因电磁感应产生与导通时反向的电压以维持电流, 电感电压与输入电压串联为输出供能, 实现升压, 同时给输出电容充电。

电路的主要参数计算公式如下:

电路工作占空比:

开关管导通期间电感电流上升值:

开关管截止期间电感电流下降值:

峰值电感纹波电流:

输出电压纹波大小:

电感理论值估算公式:

式 ( 5) -式 ( 10) 中, Vi为输入电压, Vo为输出电压, Io为输出电流, Vf为二极管压降, fsw为电路工作频率, Pout为输出功率。

根据电路的输入输出参数 ( 输入19 V, 输出35 V/1.5 A) , 由公式 ( 10) 计算出电路的储能电感大小为20 μH左右。开关管耐压50 V, 选择SI4850DY; 由公式 ( 9) 可取容量330 μF的YXF电解电容, 具有低直流等效电阻、良好的高频特性, 能起到很好的滤波效果, 进一步降低输出纹波, 实际电路用330 μF和100 μF电解电容并联使用。注意储能电感为关键器件, 感量若太大, 则阻抗较大, 易引起电感饱和, 发热量增加, 严重威胁电路性能; 感量若太小, 则电感纹波电流太大。

2) 调光电路

图4 是调光电路示意图, 本部分由键盘、MCU、DAC、LED调光电路四部分组成。图中VSC为LED驱动电路中的恒压, V-为LED驱动电路负极。按键有2 个, 1 个调亮, 1 个调暗。控制过程为: 操作人员根据需求从键盘输入控制信号, 经单片机处理后, 输出数字信号DAC, DAC根据数字量转换成相应的模拟电流值, 输出的电流流过R9 转换成跟随器同相端电压, 经过电压跟随后输出给VREF, 由于VSC的电压不变, 所以流过VSENSE端的电流会发生变化, 进而控制流过LED的亮度, 实现数字化调光功能[5,11,12]。

1.4 光学及散热设计

1) 光学设计

LED光源一般功率都不高, 因此需要阵列多颗LED才能满足照明的亮度要求, 使LED光源看上去成为一颗颗很刺眼的点光源。本文充分利用光学原理和灯具结构, 将点光源转换为面光源。

灯具包括散光器和灯罩, 散光器是由乳白色有机玻璃制成, 混光性好、光线柔和, LED管芯发出的平行光经过散光器的漫反射和折射等变换, 使光线扩散, 再经过灯罩的折射使扩散的光线重新聚合, 形成面光源 ( 图5) , 扩大了照射范围, 提高了光效, 使LED更具有应用前景。

2) 散热设计

研究表明, 元件温度每上升2 ℃ , 可靠性将下降l0%。随着PN结的温升, 白光LED器件的发光波长也将发生红移。据统计资料表明, 在100 ℃ 的温度下, 波长可以红移4 ~ 9 nm, 从而导致YAG荧光粉吸收率下降, 总的发光强度会减少, 白光色度变差。在室温附近, 温度每升高1 ℃ , LED的发光强度会相应减少1% 左右。当器件从环境温度上升到l20 ℃ 时, 亮度下降多达35%[8], 因此, 灯具结构设计时首先要考虑到散热问题。

系统灯具材料为铝制品, 具有良好的导热特性, 图6可以看到灯具结构图, 据傅立叶定律q = -λt/n, 选用导热系数大的铝作为导热材料 ( λ 较大) , 灯具具有较大的厚度, 且灯具与周围环境的温差大, 使得温度梯度增大, 导热能力增强。将LED管芯固定在圆形铝盘上, LED光源散发的热量经过圆形铝盘传递到整个灯具, 将整个灯具作为散热系统, 极大地增加了散热面积, 使系统具有良好的低温升特性。

2 实验测试

2.1 光电参数测试

将所开发的如图7 所示的LED光源系统, 采用光电参数测试设备 ( 见图8) 进行实验测试。

LED光源的光电参数测试结果见图9, 系统的实际功率为50 W, 光效为70 lm/W, 显色指数Ra = 73.4, 相比同类LED照明技术而言, 光效提高了16.7%。

2.2 温升测试

系统使用UT305 红外测温仪测试, 测试条件为: 环境温度25 ℃ , 工作2 h以后。结果显示, 未使用灯具散热结构温升为50 ℃ ( 图10) , 采用灯具散热结构后LE温升为15 ℃ ( 图11) , 极大的增强了散热效果, 提高了光效。

3 结语

本文从电力电子学、电磁学、光学、固体物理学、等交叉学科入手, 通过分析LED驱动电路的设计原理、结构和LED的发光原理, 设计了隔离式LED驱动电路, 保证了用电安全和系统稳定性; 将电路分为隔离式恒压源和恒流源2 种, 使系统的效率得到了提高; 本系统利用散光器的漫反射和灯具的折射, 将LED光源进行光线均匀化, 使点光源转换为面光源, 改进了LED点发光的缺点; 将整个灯具作为散热系统, 使LED产生的热量得以有效散发, 解决了点光源散热困难的问题。实验测试显示LED光源系统功率可以达到50 W、发光效率可以达到70 lm/W、显色指数Ra>70。

参考文献

[1]李翔, 李强.反激式可调光LED驱动器设计[J].电源技术, 2014, 138 (2) :355-358.

[2]袁峰.常州市半导体照明产业发展战略研究[R].常州:常州市半导体照明产业发展座谈会, 2009, 7.

[3]郑有炓.把握机遇, 加快发展半导体照明产业[R].常州:常州市半导体照明论坛, 2009, 10.

[4]唐国庆.国内外半导体照明产业技术特点和市场分析[R].常州:常州市半导体照明论坛, 2009, 10.

[5]荀倩.通用型铁路信号灯电源电子变换器设计方法:中国, 200910029845.2[P].2009.

[6]孙鲁, 赵慧元, 苏秉华.一种新型白光LED模组驱动电路的设计[J].现代电子技术, 2010, 33 (10) :196-197.

[7]徐平友, 周骅.新型交流LED照明方案[J].电源技术, 2013, 37 (7) :1202-1204.

[8]余小辉, 李岩, 井永腾, 等.变压器绕组模型的固有频率计算与分析[J].变压器, 2010, 47 (7) :6-8.

[9]Wilson, M.P.;Given, M.J.;Mac Gregor, S.J.;etc.Breakdown initiation fields for surface flashover of dielectric materials immersed in transformer oil[J].Proceedings of the 2008 IEEE International Power Modulators and High Voltage Conference, PMHVC, 2008:41-44.

[10]Sanjaya Maniktala.Switching Power Supplies A to Z[M].Elsevier (Singapore) Pte Ltd.2008.

[11]唐雄民, 张淼, 章云, 等.一种具有自动均流特性的简易非隔离型多路LED串驱动电路[J].电工技术学报, 2013, 28 (7) :218-225.

LED照明设计基础 篇5

1. LED发光原理

LED (Light Emitting Diode) 是发光二极管的简称。由镓 (Ga) 与砷 (AS) 、磷 (P) 的化合物制成的二极管, 当电子与空穴复合时能辐射出可见光, 因而可以用来制成发光二极管, 在电路及仪器中作为指示灯, 或者组成文字或数字显示。磷砷化镓二极管发红光, 磷化镓二极管发绿光, 碳化硅二极管发黄光。随着科技的进步, 出现了可以发出类似白炽灯光色的LED, 这就为现代照明提供了一种寿命长, 效率高的照明光源, 最为可贵的是, LED器件具有长达5万以至10万小时以上寿命, 适合多种场合应用的特点。

2. LED的特点

LED发出的光与自然光不同, 其频谱不是连续的, 缺少红外部分, 所以与白炽灯不同, LED产生的热量不是靠辐射散出, 而是必须通过传导方式散出, 这也是LED被称为冷光源的原因。LED具有以下优点:

●高效节能白光LED是目前已知的最为节能的白光光源器件。一千小时仅耗几度电 (普通60W白炽灯十七小时耗1度电, 普通10W节能灯一百小时耗1度电)

●超长寿命半导体芯片发光, 无灯丝, 无玻璃泡, 不怕震动, 不易破碎, 使用寿命可达五万小时以上 (普通白炽灯使用寿命仅有数百小时, 普通节能灯使用寿命也只有八千小时)

●绿色环保不含汞和氙等有害元素, 利于回收和利用, 而且不会产生电磁干扰 (普通灯管中含有汞和铅等元素, 节能灯中的电子镇流器会产生电磁干扰, 且灯管中照样存在汞元素)

●保护视力直流驱动, 无频闪 (普通灯都是交流驱动, 就必然产生频闪)

●光效率高、发热小90%的电能转化为可见光 (普通白炽灯80%的电能转化为热能, 仅有20%电能转化为光能)

●市场潜力大低压、直流供电, 电池、太阳能供电即可, 可用于边远山区及野外照明等缺电、少电场所。

根据国际权威机构预测, 半导体发光二极管照明将在未来5~10年内取代现有传统光源, 当然这将取决于白光LED更加便宜, 科技进步必然造成市场总体容量快速增长。技术人员经测量发现, 在同样亮度下, LED的电能消耗仅为白炽灯的1/10, 寿命则是白炽灯的100倍。由于LED具有节能、环保、寿命长、体积小等优点, 专家们称其为人类照明史上继白炽灯和荧光灯之后的又一次飞跃。根据美国能源部的预计, 传统照明器件的彻底更新换代将在2010年开始启动。日、美、欧、韩等国均已正式启动LED照明战略计划。据报道, 今年在我国上海召开的世博会上许多发达国家展馆已全面使用了LED作为照明光源。在我国, LED的应用也处于蓬蓬勃勃的发展阶段, 但是由于我国没有掌握大功率LED的核心技术, 国内目前还处于进口半导体芯片, 国内封装阶段, 因此从价格上相对于国外还处于高位, 应用也就稍加受到影响。

3. LED发光二极管的电气特性

LED处于正向工作状态, 在达到其发光电压值时, LED开始发光, 继续增加电压时, LED发光亮度急剧增加, 如再略增加电压, LED则可能瞬间烧毁, 由此可见, LED属于一种电流器件, 正是这一特性, 决定了LED必须在恒流状态下才能安全工作, 这是LED器件在使用上与其他光源不一致的主要方面, 也是安全使用LED的关键因素, 需要设计者充分注意的要点。

图1所示是功率为1W的LED芯片正向驱动电流与输出亮度的关系, 从中可以看出, 驱动电流与流明输出在350m A范围内呈现明显的线性关系。但是, 随着正向电流的增加, 两者之间渐渐出现非线性关系。当驱动电流超过线性范围时, 每瓦产生的流明效率将会降低, 而在线性范围内, 每瓦产生的流明数将呈现上升的趋势。当驱动电流超过线性范围时, 会导致输出功率从LED转换为热能形式, 此种热能会成为LED驱动器的负担, 增加热能设计的复杂度, 并降低LED寿命。所以对于1W功率的LED器件, 其正向驱动电流不超过350m A。对于目前常用的Ф5小功率LED灯珠, 正向电流不超过20m A。对于3W大功率LED芯片, 正向电流不宜超过700m A。

二、LED设计基础

1. LED驱动电源的设计要点

根据LED的特性, 其安全的使用方法是采用恒流式驱动, 恒流驱动电路特点是:输出的电流是恒定的, 而输出的直流电压却随着负载阻值的大小不同在一定范围内变化, 负载阻值小, 输出电压就低, 负载阻值越大, 输出电压也就越高。

细心的读者可能会发现, 目前市场上以LED为主要器件的成品, 大多采用简单的电容降压方式, 通过电容达到恒流作用, 这类产品有一个致命的缺点, 那就是往往在开关电源的瞬间, 一下子将LED器件全部烧毁, 其原因在于, 电容器的充放电特性造成的, 在这里电容器处于微分电路的电容, 发光管内阻等等效于微分电路中的电阻, 微分电路的时间参数t=0.7RC, 则在t的充放电的瞬间, 流过LED的瞬间电流极大 (可能达到正常电流的数十倍以至数百倍) , 造成瞬间永久性的损坏芯片。

一个可靠性较高的LED驱动电路如图2 (比较适合二个LED串联应用) 。

这个电路中, C 1可以省略, 另外U1可以用价格低廉的普通二极管代替, 该电路的缺点在于其效率较低, Q1因负载少而发热大, 只带2个LED的电路不推荐读者实验。当使用数十个 (65个以下) 以上的发光管串联时, 效率较高。本电路还可以简化, 取消U1及C1, Q1基极直接与R1下端相连即可, 稳定流为0.6/R1决定, 当R1取30欧姆时, 恒定电流为20m A。

理论上LED都是能发光的二极管, 而实际上所有LED的电性能都是不一样的, 特别对于电子爱好者容易得到的二手LED, 每支LED的阀值Vf都有差异, 这就是说LED的发光强度与驱动电流是不完全相同的, 或者相差很大, 此时设计者就需要针对实际情况加以分析采用最合理的设计方案, 才可能达到最有效的可靠性及经济效益。

由于LED属于电流型器件, 严格的说只能采用串联工作方式, 在并联工作状态下, 必须对所并联的发光管进行帅选, 不论并联的管子多少, 实践证明各管之间压降差不得超过0.005V, 否则很容易造成损坏。前几年我国市场上出现了许多由7、9甚至更多的LED并联生产的手电筒, 曾经也风光一时, 但是自出现了单只管子的1W、3W、5W的LED手电筒之后, 这种以串联方式生产的手电筒在价格上则直线下降, 到了几乎无人问津的地步, 恐怕就不完全是手电筒外形等原因了, 关键在于技术方式落后, 可靠性差才是问题的关键了。

最为理想的LED驱动电路是PWM恒流控制方式的开关电源, 主要由四部分组成, 输入整流滤波部分、输出整流滤波部分、PWM稳流控制部分、开关能量转换部分。PWM开关稳流的基本工作原理就是在输入电压、内部参数及外接负载变化的情况下, 控制电路通过被控制信号与基准信号的差值进行闭环反馈, 调节主电路开关器件导通的脉冲宽度, 使得开关电源的输出电流稳定 (即恒流电源) 。电源效率极高, 一般可以做到80%~90%, 输出电流相当稳定。一般这种电路都有完善的保护措施, 属高可靠性电源。其缺点在于成本较高。

2. LED的散热解决方案

LED的散热问题也是设计者必须考虑的关键问题, LED的光衰与LED的工作时间和工作电流以及LED工作时的温度有关。正确工作状态下LED的工作寿命至少可以达到5万小时以上, 一般达到10万甚至几十万是很轻松的, 然而一旦出现环境温度过高, 工作电流过大, 则将造成LED的寿命急剧下降, 甚至造成永久的损坏。一般的小功率LED应用时可以不必考虑散热的问题, 但是目前工作电流达60~150m A的中功率LED已经出现, 这时就要求设计者不得不考虑LED正常工作中的散热问题, 好在外径8mm, 工作电流为150m A的一种发白光的LED其管脚比较粗, 基本上可以利用其粗壮的管脚进行散热, 但是对更大功率如1W及以上的3W、5W甚至10W以上的LED则必须加散热片才算是正常的工作环境。

图3是LED发光二极管工作时温度与电流曲线。

大多数电子爱好者都知道, PN结半导体器件正在向导通后, 结电压VF随环境温度上升而下降, 即:-2mv/℃, 称PN结的负温度效应, 利用该特性可制成温度传感器, 但该特性在发光应用上却是致命的缺陷, 直接影响它的发光效率。发光亮度、发光色度。通俗举例, 常温25℃时, 选择LED最佳工作电流20m A, 当环境温度升到85℃, 结电压VF下降, 工作电流急剧增加到35~37m A, 见图3, 电流曲线Ⅰ, 温度下降至-40℃时, 结电压VF上升, 最佳工作电流将从20m A减小8~10m A., 发光亮度也随电流的减少而降低, 达不到场所所需的照度。

为了避免上述不良现象, 一般在LED的相关产品上, 通常需要采用一些措施。如将LED装在散热板上, 或风机风冷降温或者LED采用恒流源的供电方式, 不会因LED随温度上升引起电流增加, 防止PN结恶性升温, 或两种方法并用。实践证明, 用于大功率LED灯 (如广告背景灯、街灯) , 加散热器确实是行之有效的措施。但LED灯进入寻常百姓家就碰到如下问题了:散热板, 风冷能否集约在一个普通灯头的空间;采用集成电路或诸多元器件组成的恒流源电路, 它的寿命和可靠性将不取决LED, 根据“木桶理论”整个系统的可靠性则将取决于某种如温升等“短板”了。

《无线电》杂志介绍过的南京华巨电子有限公司专为LED应用研制的具有正温度系数的热敏电阻与负温度特性的LED串联, 组成一个温度系数极小电阻型负载是一个廉价且效果不错的选择。一旦工作电压确定后, 串联回路中的电流, 将不会随温度变化而变化, 通俗地说, 当LED随温度升高电流增加时, 热敏电阻也随温度升高, 电阻变大, 阻止了回路电流上升, 当LED随温度下降, 电流减小时, 热敏电阻也随温度下降电阻变小, 阻止了回路电流的减少。当匹配得当, 当环境温度在-40℃~85℃范围内变化时, LED的最佳工作电流不会明显变化, 见图3电流曲线Ⅱ。 (串入热敏电阻的电流曲线Ⅱ, 与没有串入热敏电阻的电流曲线Ⅰ对照图) 从图2可以看到, 采用热敏电阻温度补偿方法与集成电路等元件组成的恒流源相比, 有着异曲同工之处, 但最大的差异是用一种元件就解决了LED的恒流问题, 其价格、体积、寿命等优势也不言而喻。

该公司产正温度热敏电阻WMZD常用规格见图4。

WMZD LED恒流源补偿热敏电阻为了满足要求可以多组串联使用, 也可以并联使用, 读者完全可以根据需要灵活选择应用以达到提高可靠性的作用。

3.220V交流LED驱动电路

由N路单元电路的电流之和, 确定直流电源的输出电流, 如采用输入电压有较大变化的220V AC/DC转换的直流电源, 请考虑稳压措施。

LED灯220V交流供电的基本电路如图5所示, 220V经1A桥式整流后, 接入由热敏电阻A20和5只LED/20m A组成的单元电路, 共计12组, 计算12组的工作电压= (3V+3.3V×5) ×12=234V, (式中3V是恒流用5A20的压降, 3.3V是LED的电压) , 计算电压大于220V, 可放心接入220V整流电源, 接入后回路电流应在18~20m A之间, 因LED的电压离散性较大, 在3.0V~3.6V之间, 如检测回路电流大于20m A, 可增添一只LED或一只5A20电阻, 将电流降下来, 反之可减去一只LED, 将电流升上去。该LED灯实耗功率4.5W, 其中用作恒流的12只A20, 共耗用0.72W, 直接用于发光的60只LED, 共耗用3.78W, 电源转换效率达84%。整组灯亮度接近8W荧光灯。本方案基本电路简单, 可靠, 高效, 具有实用性。

220V桥式整流后不需要按常规并联滤波电解电容, LED可用脉动电流驱动发光, 桥式整流后的电流是每秒100个连续正弦波, 过零时间非常短, 不会感觉有频闪现。并联电容后, 虽对输出电流起平滑滤波作用, 但一则增加成本, 二则电介电容常处于充电放状态, 其寿命远远低于LED, 因此不用为宜。

4、LED照明设计技巧

LED是冷光源, 可选用色彩缤纷的塑料口杯、咖啡杯当灯罩, 做成情调各异的装饰杯灯、筒灯、台灯、床头灯, 另取聚乙烯塑料瓶盖、碗盖或废旧碟片, 剪成与灯罩相配的形状, 作电路板用, LED排例时用针穿孔定位, 将两脚插入, 在反面焊接, 连成电路即可。做杯灯、筒灯。

LED调光台灯、杯灯:

如将上图电路稍作改变, 变成LED直流调光灯, 如图6。

晶体管三极管13002与220K电位器 (带开关) 组合成调光电阻, 当灯全亮时, 回路电流20m A, 13002导通 (压降0.7v) 时近无功耗, 当灯半亮时10m A, 13002耗0.34W, 当灯低亮时5m A, 13002耗0.26W, 该电路简单可靠, 调光效果好, 制作成本极低。如家中有白织灯调光台灯, 也可按图7线路图接法, 无需改动双向可控硅调光电路, 就可变成LED交流调光灯, 更节电, 但是光度弱的情况下。对光敏感的人可能会有频闪感。实物如图7所示。

LED日光灯、顶灯:

做个室内日光灯或顶灯电路, 用了60只LED相当8W荧光灯的亮度, 明显不够, 如并联成二路, 用120只LED, 可相当16w荧光灯。并联成三路, 用180只LED, 可相当25W荧光灯, 以此类推。因用市电220V直接整流输出, 电源内阻极小, 可并联任意路灯不会引起整流输出电压变化, 仅需考虑整流管的承受电流。也可以不增加并联路数, 选用30m A的高亮LED (如食人鱼) 或0.3W/100m A的LED, 来达到提高亮度的需求。

LED手电筒:

图9是用于3.6V的.锂电池、镍氢电池或4V干式铅蓄电池供电的LED手电筒电路。

选用20m A/3.0V (或3.4V) 的LED与5B100组成的单元电路, 与电源电压3.6V (或4.0V) 匹配。

LED汽车车灯:

以上LM317、LM1117属压降型DC/DC转换, 在输入与输出压差较小时首选应用, 但压差越大, 转换效率越低, 此时应选用开关型DC/DC转换电路, 34063是一块通用、易购、价廉 (0.60~0.80元/片) 的开关升、降压集成电路, 外围电路元件较少, 见图10。

LED照明市场浅析 篇6

与白炽灯相比, 节能照明产品具有发光效率高、能耗低、污染小等优势, 符合全球节能减排趋势以及经济发展的需要。因此, 各主要经济体纷纷制定了白炽灯的禁用政策。早在2007年, 英国以及欧盟相继出台白炽灯的禁用政策;2008年;日本政府颁布了2012年高能耗白炽灯的禁产禁用政策;欧盟从2009年开始逐步淘汰白炽灯和传统卤素灯, 并在2012年9月将这两种传统照明产品完全退出市场。美国淘汰白炽灯分为三个步骤:1) 2012年1月淘汰100W白炽灯;2) 2013年1月淘汰75W白炽灯;3) 2014年1月淘汰40W和60W白炽灯。这几种类型白炽灯占据绝大部分市场, 2014年之后, 白炽灯基本从美国消失。中国也在2011年开始了淘汰普通照明白炽灯的准备工作, 2012年10月起, 禁止进口和销售100瓦及以上白炽灯;2014年10月起, 禁止进口和销售60瓦及以上白炽灯;2015年10月至2016年9月对前期政策进行评估, 调整后续政策;2016年10月起, 禁止进口和销售15瓦及以上白炽灯, 或视中期评估结果进行调整。其他主要经济体也相继出台了关于白炽灯的禁用禁产政策。全球照明用白炽灯时代将逐步终结, 节能照明时代开启。 (见表1)

目前, 节能照明产品以紧凑型荧光灯 (节能灯) 和LED照明为主。前期, 由于节能灯售价偏低, 因此先于LED照明占据大部分市场份额。但随着LED价格的不断下降, LED照明产品替换节能灯的成本回收期也在不断缩短。尤其对于商业照明用户而言, LED已经超越节能灯成为照明光源首选。从过去一年情况来看, 全球LED价格一直在持续下降, 截至2015年2月, 替换40W的LED价格一年内下降19%达到12.2美元, 替换60W的LED价格下降23%达到16美元。而在中国, 由于LED灯具厂商众多, 竞争激烈, 导致产品价格下降幅度更大, 替换40W的LED价格下降48%达到4.9美元, 替换60W的LED价格下降24%达到13.8美元。价格大幅下降, 从而加速了LED照明产品在照明市场的渗透。 (见表2)

得益于各国政府对白炽灯的禁用政策以及LED照明产品价格的不断下降, LED照明市场有望在2015年实现快速增长, 市场规模在全部LED应用市场占比将超过50%达到257亿美元, 同比增长28.5%。中国作为全球第二大LED照明市场2015年销售规模将达到54亿美元, 同比增长超过40%, 是全球增速最快的市场之一。

中国已成为全球单一国家中最大的LED照明市场, 约占整个市场的21%, 仅次于欧洲整体23%的市场份额, 领先于北美地区19%的市场容量。因此, 从全球范围分析, 欧洲、中国以及北美已成为LED照明的三大主要市场。 (见表3)

LED照明产品主要应用于道路、工业、商业、居民公共设施以及景观等领域, 从用电量的角度考察, 路灯是LED照明的最大市场。截至2014年, 全球路灯安装数量约为2亿盏, 其中欧洲约6, 500万盏, 占比32.5%;美国约4, 400万盏, 占比22%;中国约3, 300万盏, 占比16.5%;日本约400万盏, 占比2%。若50%换成LED路灯, 则每年可节约电量超过380亿度, 如果100%换成LED路灯, 则每年可节约电量超过840亿度, 因此LED路灯改造成为欧、美、日、中等路灯存量大国实施节能相关政策的重要组成部分。

美国共有超过600个城市已经开始或计划安装LED路灯, 英国伦敦计划到2016年将全城52, 000盏路灯中的35, 000盏更换为LED路灯, 加拿大数省以及包括印度、俄罗斯、东南亚在内的数个新兴市场国家也出台了LED户外照明相关政策, 由此可见LED路灯改造已成为一个巨大的市场。

但海外路灯市场长期由国际巨头把持, 中资企业较难直接进入。海外路灯订单集中在飞利浦、GE、松下、欧司朗、奥德堡、Acuity Brands、科锐、Luxim、玛斯柯照明等少数国际知名厂商手中。这些企业通过长时间积累的品牌效应和渠道优势, 牢牢把控了海外市场的客户。中国企业如果想要介入海外市场, 大都通过当地经销商、代理商和工程商进入, 并且一般都是依靠这些知名厂商和代理商的牌子, 直接使用自有品牌的企业较少。目前, 部分国内优质企业产品能够通过国际照明巨头的检测, 通过贴牌方式间接进入海外市场。但是, 对于大部分资质平平的国内小厂而言, 他们的争夺焦点集中在国内市场。

尽管如此, 中国已成为全球单一国家中最大的LED照明市场, 占整个市场的21%。而道路照明是LED照明市场最为重要、最受政府支持的一个领域。2014年, 中国道路照明用电量占全部照明用电量的29%, 占全社会用电量的13.6%, 在各领域照明用电量中位列榜首。如果我国路灯有一半改为LED光源, 则每年可节约电量超过60亿度, 如果全部改为LED光源则每年可节约电量超过140亿度。所以从节能角度来看, 中国政府有较强动力实施LED路灯改造计划。

在我国, LED路灯改造多以合同能源管理 (EMC) 模式实施, 目前已有包括广东、北京、福建在内的多个地方政府计划或已经对当地路灯进行改造, 并且随着更多地区的加入, 我国LED路灯改造规模仍将持续增长。因此, LED路灯市场将成为LED行业实现快速增长的重要驱动因素之一。巨大的国内市场容量也将培养一批优秀企业。具有EMC资质和高性价比产品的LED厂商将因此受益, 他们将成为这一市场的主要竞争者。

长期来看, 影响LED照明市场的两大重要因素——政策与价格仍将持续发挥积极作用, 发达国家已经明确白炽灯的淘汰计划, 发展中国家正在跟进, 但此过程并非一蹴而就, 因此, 政策因素将长期刺激该行业。随着LED价格不断下降, LED照明产品的价格也在不断下调, 而LED灯具在性能方面越来越精益求精。随着LED照明产品性价比的不断提升, 抛开政府刺激的外因, 民间市场的内在动力也越来越强。因此, LED照明产品的市场渗透率逐年提升, 市场规模也在不断快速增长。中国、欧洲以及北美成为市场份额中的三巨头, 且三者在重要应用领域——路灯改造的驱动下, 都保持着较强的成长动力。因此, LED照明市场仍处于成长期, 可以预见, 未来LED照明市场仍将保持扩张趋势。

摘要：LED照明产品正逐步替代传统的白炽灯, 成为照明市场主流。而这一趋势背后的驱动因素是政策与价格。得益于各国政府对白炽灯的禁用、禁售计划, 以及产品价格的下降, LED照明的市场渗透率越来越高, 市场规模也越来越大。其中三大主要市场——欧洲、中国、美国在路灯改造计划的驱动下, 仍将继续扩大, LED照明市场远未饱和。

关键词：LED,照明,白炽灯,路灯改造

参考文献

[1]光大证券-电子行业周报, 2015, 4

[2]平安证券-电子行业周报, 2015, 4

[3]东兴证券-LED照明市场爆发, 陆资厂商崛起, 2015, 4

[4]中信证券-LED行业系列报告之一:LED照明行业迎来高速发展期, 2014, 5

LED照明产业逐渐壮大 篇7

10年以前，LED照明作为墙脚灯起步。随着LED芯片发光效率提高到100lm/W，价格不断下降，LED照明从路灯发展到室内顶灯、聚光灯、荧光灯等，应用扩大，逐渐形成产业。据矢野经济研究所的调查，2008年世界照明用白光LED市场达402亿日元 (约3.3亿个) ，比2004年的40亿日元成长10倍，约占当年世界白光LED市场3440亿日元 (190亿个) 的12%，预计到2013年还将成长10倍，达4130亿日元，2018年更将迅速提升到7060亿日元，可谓大放异彩，热力四射。

LED照明产业前景如此光明，自然引起诸多企业竞相参与。但白光照明LED和一般白炽灯是两码事，还有不少需要改进的地方，如光的颜色、光的扩散性、灯的散热性、安全性、价格等等。

LED照明技术探讨 篇8

下面就从LED照明的原理、LED照明的亮度与稳定性、LED照明的节能效果等几个方面进行探讨。

1 LED发光源工作原理及特性

发光二极管是半导体材料合成的二极管, 由PN结组成, 当外加正向电压时, 电子与电洞结合以光子形式释出能量, 因此具有发光特性。而其光源在靠近PN接口毫米以内产生, 发光的波长取决于材料之特性而有不同发光颜色, 常见有红、黄、绿、蓝发光二极管。发光二极管发光亮度可以通过工作电压 (电流) 的大小来调节。在很大的工作电流范围内, 发光二极管的亮度随电流的增大而提高。

2 LED照明亮度稳定性

发光二极管的亮度随电流的大小而不同, 且制造出来的发光二极管, 其电压与电流曲线稍有差异, 因而LED照明的亮度常随电源电压的变动而无法稳定。为维持亮度稳定一致, 需要发光二极管恒流驱动器来实现。恒流驱动器可以使得发光二极管工作在固定电流模式, 因而亮度稳定性高。恒流驱动器也让发光二极管长期工作在一定电流下, 使其维持较长寿命。

一般来讲, 恒流驱动器的输出电流可通过外置电阻来进行确定。至少应具有±6%精度电流与通道间±3%匹配精度, 可用于路灯、灯管等照明设备。为节能考虑, 系统设计需考虑恒流驱动器的跨压在0.5V~2V之间。由于发光二极管长时间工作在恒定电流下, 其跨压稍有下降, 在系统设计中, 应考虑跨压下降的影响。

3 LED照明节能考虑

发光二极管照明优点是节能、安全, 但由于恒定电流工作考虑, 能耗会相应有所增加, 因此照明系统设计应以低能耗为首要目标。前面提到恒流驱动器的压降在2V以内, 就是一种考虑低能耗的设计, 若系统的电源端电压与串接发光二极管压降超过2V以上, 则需考虑以电压转换器来达到低能耗目标, 但仍维持恒定电流工作模式。低能耗的电压转换器是以开关式方式工作依据反馈电路控制开关周期, 达到稳定输出电压。但为了维持发光二极管恒定电流工作状态, 反馈电路是以输出电流来控制转换器开关周期。

目前国内市场上的LED照明产品中, 电源输入系统为两类:一类前端为AC电源输入系统加上后端的定电流控制模块, 此类产品包括冷冻柜灯条、室内灯具、路灯、台灯、MR16、AR111等。另一类为交流电源直接输入系统整合AC/DC转换器和恒定电流线路, 此类产品包括E27和GU10等灯泡型LED灯、PAR灯、T5和T8 LED灯管等。

第一类电源设计除了应选择前端效率较佳的恒定电压电源供应器外, 后端恒定电源控制的电源模块则依其产品特性采用效率较佳的电源设计。其优点在于前端AC/DC的电源供应器, 如开关电源、DC适配器等恒定电压电源, 可选择性高且大多具有符合标准的方案, 从而能够降低设计的门槛。

第二类电源设计由于整合了AC/DC的电路和恒定电流电路, 故可符合较小空间的结构设计, 但从功率因子、电源效率和标准化的角度来说, 设计也存在一些难度。因此, 当前市场此类产品很少能达到高发光效率、高功率因子 (>0.9) 的标准。

4 结语

目前LED照明产品要达到高发光效率进而成为下一代主要光源, 首要考虑的是电源模块的设计, 针对不同的灯具产品选择正确的设计架构。此外, 电源控制IC也必须提高电源效率、功率因子、可靠性, 以开发适合LED照明需求的产品。

参考文献

[1]曾庆科, 廖常俊, 刘颂豪, 曾宪富.超高亮度InGaAlP590nm LED管芯设计[J].半导体光电, 1998 (1) .

[2]肖志国.白光电致发光二极管用发光材料研究进展[J].化学通报, 2008 (2) .

[3]顾聚兴.聚合物近红外发光二极管[J].红外, 2002 (4) :5.