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北京旭輝照明工程有限公司
2024-06-25 09:19:58








照明原理
LED光源的LED是由Ⅲ-Ⅳ族化合物,如GaAs(砷化鎵)、GaP(磷化鎵)、GaAsP(磷砷化鎵)等半導(dǎo)體制成的,其核心是PN結(jié)。因此它具有一般P-N結(jié)的I-V特性,即正向?qū)?,反向截止、擊穿特性。此外,在一定條件下,它還具有發(fā)光特性。在正向電壓下,電子由N區(qū)注入P區(qū),空穴由P區(qū)注入N區(qū)。進(jìn)入對方區(qū)域的少數(shù)載流子(少子)一部分與多數(shù)載流子(多子)復(fù)合而發(fā)光。
假設(shè)發(fā)光是在P區(qū)中發(fā)生的,那么注入的電子與價帶空穴直接復(fù)合而發(fā)光,或者先被發(fā)光中心捕獲后,再與空穴復(fù)合發(fā)光。除了這種發(fā)光復(fù)合外,還有些電子被非發(fā)光中心(這個中心介于導(dǎo)帶、介帶中間附近)捕獲,而后再與空穴復(fù)合,每次釋放的能量不大,不能形成可見光。發(fā)光的復(fù)合量相對于非發(fā)光復(fù)合量的比例越大,光量子效率越高。由于復(fù)合是在少子擴(kuò)散區(qū)內(nèi)發(fā)光的,所以光僅在靠近PN結(jié)面數(shù)μm以內(nèi)產(chǎn)生。
理論和實踐證明,光的峰值波長λ與發(fā)光區(qū)域的半導(dǎo)體材料帶隙Eg有關(guān),即 λ≈1240/Eg(mm)
式中Eg的單位為電子伏特(eV)。若能產(chǎn)生可見光(波長在380nm紫光~780nm紅光),半導(dǎo)體材料的Eg應(yīng)在3.26~1.63eV之間。比紅光波長長的光為紅外光。已有紅外、紅、黃、綠及藍(lán)光發(fā)光二極管,但其中藍(lán)光二極管成本、價格很高,使用不普遍。


(1)允許功耗Pm:允許加于LED兩端正向直流電壓與流過它的電流之積的最大值。超過此值,LED發(fā)熱、損壞。
(2)最大正向直流電流IFm:允許加的最大的正向直流電流。超過此值可損壞二極管。
(3)最大反向電壓VRm:所允許加的最大反向電壓。超過此值,發(fā)光二極管可能被擊穿損壞。
(4)工作環(huán)境topm:發(fā)光二極管可正常工作的環(huán)境溫度范圍。低于或高于此溫度范圍,發(fā)光二極管將不能正常工作,效率大大降低。
不改變材質(zhì)的前提下,在LED的極限范圍內(nèi),提高亮度的手段就是提高電流,隨著電流升高,LED發(fā)熱量會劇增。使用過LED光源便攜投影機(jī)的,或微投的朋友,一定都深有體會,LED光源的投影機(jī),非常熱,而且普遍會有明顯的噪音。這些產(chǎn)品,機(jī)身小是一方面,關(guān)鍵還是其自身發(fā)熱量較大所致。
隨著功率的增加,LED的散熱問題顯得越來越突出,大量實際應(yīng)用表明,LED不能加大輸入功率的基本原因,是由于LED在工作過程中會放出大量的熱,使管芯結(jié)溫迅速上升,熱阻變大。輸入功率越高,發(fā)熱效應(yīng)越大。溫度的升高將導(dǎo)致器件性能變化與衰減,非輻射復(fù)合增加,器件的漏電流增加,半導(dǎo)體材料缺陷增長,金屬電極電遷移,封裝用環(huán)氧樹脂黃化等等,嚴(yán)重影響LED的光電參數(shù)。甚至使功率LED失效。因此,對于LED器件,降低熱阻與結(jié)溫、對發(fā)光二極管的熱特性進(jìn)行研究顯得日趨重要。


響應(yīng)速度快:LED的響應(yīng)頻率fτ與注入少數(shù)載流子的壽命τmc有關(guān),如GaAs材料制成的LED,其τmc一般在1―10ns 范圍內(nèi),則響應(yīng)頻率約為16―160MHz,這樣高的響應(yīng)頻率對于顯示6.5MHz的視頻信號來說已經(jīng)足夠了,這也是實現(xiàn)視頻 LED大屏幕的關(guān)鍵因素之一。
LED響應(yīng)時間最低的已達(dá)1微秒,一般的多為幾個毫秒,約為普通光源響應(yīng)時間的1/100。因此可用于很多高頻環(huán)境,如汽車剎車燈或狀態(tài)燈,可以縮短車后車輛的剎車時間,從而提高安全性。


隨著美國環(huán)保署于2011年10月公布新版固態(tài)照明燈具及光源產(chǎn)品上市規(guī)范,業(yè)界指出,備受關(guān)注的LM-80的光衰測試,預(yù)計將從2012年4月起強(qiáng)制實施,在新規(guī)范上路后,未來北美市場燈具廠商將優(yōu)先采購?fù)ㄟ^LM-80驗證的LED產(chǎn)品,對于未受驗證的臺灣LED封裝及晶粒廠,日后進(jìn)軍美國市場恐將遭受阻礙。
由于LM-80的光衰驗證需經(jīng)過6,000小時測試,耗時長達(dá)6~8個月,部分LED業(yè)界認(rèn)為,LED產(chǎn)品規(guī)格及技術(shù)日新月異,在經(jīng)過長達(dá)數(shù)個月后,LED照明驗證標(biāo)準(zhǔn)可能又將改變,故對此認(rèn)證仍抱持存疑,不過工研= 表示,LM-80被視為進(jìn)入美國市場的入場券,廠商必須出具LM-80(LED流明維持率)試驗的報告證書,才能取得能源之星標(biāo)章,北美照明工程學(xué)會(IES)也已訂出LM-80的光衰減檢測標(biāo)準(zhǔn),不僅為LED應(yīng)用產(chǎn)品提供量測標(biāo)準(zhǔn),也為消費者提供品質(zhì)保證,將成為全球共通的檢測標(biāo)準(zhǔn)。


線性驅(qū)動應(yīng)用是一種最為簡單和最為直接的驅(qū)動應(yīng)用方式。在照明級白光LED應(yīng)用中,雖然存在著效率低、調(diào)節(jié)性差等問題,但是由于其電路簡單、體積小巧,能滿足一些特定的場合應(yīng)用較多。
開關(guān)型驅(qū)動可以獲得良好的電流控制精度和較高的總體效率,應(yīng)用方式主要分為降壓式和升壓式兩大類。降壓式開關(guān)驅(qū)動是針對電源電壓高于LED的端電壓或者是多個LED采用并聯(lián)驅(qū)動情況下的應(yīng)用。升壓式開關(guān)驅(qū)動是針對電源電壓低于LED的端電壓或者是多個LED采用串聯(lián)驅(qū)動情況下的應(yīng)用。
一般認(rèn)為,隔離型驅(qū)動安全但效率較低,非隔離型驅(qū)動效率較高,應(yīng)按實際使用的要求來選。
設(shè)計一般的基本LED驅(qū)動器照明應(yīng)用相對較簡單,但是如果還需要其它功能如相位控制調(diào)光和功率因子校正(PFC),設(shè)計就變得復(fù)雜。無功率因子校正功能的非調(diào)光LED驅(qū)動器通常包含一個離線式開關(guān)電源,用于恒定電流下調(diào)節(jié)輸出。
LED驅(qū)動器的后端架構(gòu)包含一個具有短路保護(hù)功能的電流調(diào)節(jié)電路??梢岳镁€性調(diào)節(jié)電路達(dá)到這一目的,然而這種方法本身效率低下,因此適用低輸出電流,通常不會應(yīng)用到多級架構(gòu)中去。替代方法是使用簡單的、具有電流回饋功能的降壓穩(wěn)壓器電路,以便限制了輸出電流超過期望的LED驅(qū)動電流。其抵消了總LED正向電壓隨溫度和器件容差的變化,還限制了出現(xiàn)短路或其它故障條件時的電流,從而能夠保護(hù)驅(qū)動器免遭損壞。




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張衍坤
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