LED驱动电源设计与研究Word下载.docx

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开关电源技术的应用，使电源变得体积小，重量轻，效率高，性能更好。

关键词：

LED照明;

驱动电源;

开关电源

ABSTRACT

TheLEDlightingindailyproduction,life,duetoitsenergy-saving,longevity,safe,environmentalprotection,colourisrich,smallvolume,flashingresistance,highreliability,regulation,convenient,andmanyotheradvantages,isasanewlightingsourceobtainsmoreandmorewidely.LEDapplication,needappropriatedrivecontrolcircuit,thispaperresearchworkisaimsattheLEDlightingdesignsuitabledrivingpower.

ThispaperfirstlyintroducestheadvantagesofLEDlightingandapplicationstatusofLEDlighting,andbroadprospects.SecondlyintroducesthebasicprincipleofLED,testanalysisLEDvoltage,currentandlightpowerrelationship;

CompareseveralLEDoftheflux,andprices,selecttheappropriateparametersLEDaslightemittingcomponents.

ThroughtheanalysisandcomparisonofpowerdrivenapproachusedLED,putforwardthehalfbridgetypeconvertercircuitstructureformmainly.Switchingpowersupplywithhisownadvantagehasbecomethemainforminpowersupplyindustry.Switchpowertechnologyofapplication,makepowerbecomessmallvolume,lightweight,highefficiency,betterperformance.

Keywords:

theLEDlighting;

drivingpowersupply;

Switchingpowersupply

第一章绪论

1.1引言

随着全球经济发展和生产水平的提高，人均年能源需求越来越大。

以煤、

油、天然气、核能等人类赖于生存的能源具有不可再生性，人类面临着空前的

源危机。

能源的大量消耗同时也造成了生态环境的急剧恶化。

为了解决这些问题

不仅要开发新的可替代清洁能源，还要大大提高能源的利用效率。

人们日常消

的能源中80%是电能，各种照明用电则是电能的重要组成部分，大约占全球19的电力。

众多照明产品中，白炽灯的光效仅有8～25lm/w[8]，开发高效率的照明产品则成了人类的共识，寿命长、高效率、高可靠性的白光LED将是未来最理

想的产品。

MOCVD技术使得白光LED器件设计制造技术有了重大突破。

目前实施的白光LED发光效率已远远超过荧光灯，伴随着LED制造成本降低和光效的进一步提高，白光LED取代荧光灯成为人类主要的照明工具这一趋势已经是毋庸疑了。

半导体照明（semi-conductorlighting）是未来照明领域重要的发展方向。

半导体照明与一般光伏电源配用的节能灯泡相比具有节能、长寿、安全、环保、色彩丰富、体积小、耐闪烁、可靠性高、调控方便等诸多优点。

发光二极管作为一种新型照明光源正在获得越来越广泛的应用。

1.2LED基本特性介绍

半导体发光二极管是常用电子元件二极管中的一种类型。

发光二极管又叫光发射二极管（LightEmittingDiode，简写为LED），是一种可将电能变为光能的一种器件，属于固态光源。

LED本质是PN结，是电流驱动器件，当它两端加上正向电压时半导体中

的少数载流子和多数载流子发生复合，放出的过剩能量将引起光子发射。

采用不同的材料，可制成不同颜色有发光二极管。

它的光强度随着正向电流IF的变化而变化。

在正向导通之前，LED几乎无电流流过，当电压超过开启电压时，电流急剧上升。

因此LED属于电流控制型半导体器件，其发光亮度L（单位为cd/mc2）与正向电流IF，近似成正比[8]。

式中K为比例系数在小电流下（IF＝1~，10MA），M＝1.3~1.5；

当L>

10mA时，

m=l，此时上式可简化为L＝KIF。

，即发光亮度与正向电流成正比。

另外，工作电流对光的颜色有一定的影响，随着电流改变不仅亮度会发生变化，颜色也会跟着变化。

LED的正向电压和正向电流与管芯的半导体材料有关，使用时要根据所要求的显示亮度来选取合适的IF，值。

若选取的值太小，则不能完全发挥LED的性能，若选取的值太大，则很容易损坏PN结。

I-V特性是表征LED芯片的

主要参数。

LED的伏安特性具有非线性、单向导电性等特征。

典型的正向特

性曲线测试如图1-1所示：

图1-1高亮度白光伏安特性曲线

从特性曲线可以看出，LED在开启以前有一段“死区”，该区域的最大电压叫做开启电压。

对于不同材料制作成的LED其值不同，GaAsP约为1v，GaAsP约为1.2V，GAP约为1.8V1，GaN约为2.5V。

开启后的区域为正向工作区，正向电流IF，和外加电压呈指数关系[8]：

式中IF。

为反向饱和电流。

由于伏安特性正向指数式变化，LED在正向导通后其正向电压的细小变动将引起电流的很大变化；

另外，温度也会影响LED的电气特性，当环境温度升高时，LED的正向工作电压Ⅵ将下降。

假设流过LED的电流为IF，，管压降为V，，则正常工作下的功耗P=VF*IF。

LED光输出将随着输入电压、环境温度等因素的变化而变化。

LED的光输出直接与LED电流相关，所以在LED应用中应控制补偿输入电压变化和环境温度等因素的变化。

若LED的电流失控，LED长期工作在大电流下将影响其可靠性和寿命。

从理论上，相同材料、工艺的LED管性能完全一致，但在实际生产应用中不同批次或者同一批次的不同芯片在性能上都会有差异。

对于需要多个管子串联和并联工作的情况来说，个体之间的差异性也是驱动电路设计的考虑因素之一。

对于照明应用，超高亮度白光LED才是目标器件。

HBLED基本原理和普通信号显示用LED原理上相似，但从原材料的选择、芯片设计制造到芯片的封装设计都要面临许多特殊的问题。

本文主要关注与驱动电路相关的特殊性能，至于PN结芯片的设计和封装已超出了我们的讨论范围。

大功率LED在室内外通用照明领域应用是其发展的最终目标。

与普通仪表显示用的LED不同的是，HBLED的工作压降和工作电流都相当大，一个1W管芯正常情况下的压降为3v~4v之间，工作电流能达到300mA以上。

1.3LED的照明应用现状

初期的LED以红色为主，由于光效率较低，光通量很小，因此只能在电器设备和仪器仪表上做为指示灯使用。

随着管芯材料、结构、封装技术和驱动电路技术的不断进步，LED光色种类的增加，发光效率和光能量的提高，目前LED已在科研和生产领域得到了广泛的应用，产业建设快速发展，市场应用数量增长迅猛。

传统的LED光源集中应用领域：

汽车市场、背景光源市场、交通信号灯市场[3]。

近年来高光效、高亮度的白色LED的开发成功，使得LED在照明领域的应用成为可能。

目前，LED在照明工程中的应用主要体现在以下一个方面：

（1）夜景照明。

由于LED光源小而薄，安装便捷，可以水平也可以垂直方向

安装,可与建筑物表面完美地结合，也可以与城市街道陈设很好的有机结合。

如四川成都在火车南站的立交桥上安装了30000多盏LED灯，我国的城市交通管理灯也正用白光LED取代早期的交通秩序灯眵[3]。

（2）指示照明。

如影剧院的地面引导灯或座椅侧面的指示灯，以及购物中心的导购指示灯和建筑物消防疏散指示灯等。

（3）特殊场所照明。

现已被广泛应用于象博物馆、展示厅这样对光源的颜色、辐射等指标要求高的场所照明。

（4）室内装饰照明。

由于大功率白光LED照明灯具还处在研发和试生产阶段，目前市面上的LED灯具还不能达到普通灯泡所具有的亮度，在室内装饰工程中基本还局限于背景照明和局部照明。

由于LED的动态（数字化）控制色彩、亮度和调光及活泼的饱和色可以创造静态和动态的照明效果，且长寿命、高流明的维持值（10，000小时后仍然维持90％的光通），与金卤灯的50--250小时的寿命相比，降低了维护费用和更换光源的频率，且没有热辐射，可以使室内空间变得更加舒适和谐。

LED照明在室内装饰装修工程中的应用不仅节能、环保，还解决了最头痛的维护问题。

（5）电子显示屏。

目前，世界上最大的LED显示屏矗立在卡塔尔多哈的哈里发体育场，该屏幕面积足足有10个标准篮球场，呈半月形，宽157米，高38米，面积达4480平方米。

据悉，在2008北京奥运会将建造更大的LED显示屏，其面积大约6.000平方米（长200米，宽30米）。

（6）逐步取代传统照明灯具。

随着大功率、高光效、高显色性的自光LED照明灯具的研发和逐步投产，使其照度不断提高而成本不断降低，LED照明将成为未来照明的主体，逐步取代白炽灯和荧光灯。

如日本松下电工已开始生产“袖珍型LED照明灯"

，该产品包括筒灯和聚光灯，其驱动电路做在灯头内，可直接用于市电（220V／AC），每套价格在116万～214万日元（约合人民币1200~1800元之间，光源寿命4万小时；

德国Hella公司利用白光LED开发了飞机阅读灯；

澳大利亚首都堪培拉的一条街道已用了白光LED作路灯照明[3]。

明达光电（厦门）有限公司也己开始试生产大功率白光LED路灯，该产品已在厂区内安装,其驱动电路安装在灯杆底部，亮度比普通路灯高，且寿命长，免维护，每套灯具成本约1万元人民币。

面对LED照明市场的巨大诱惑，世界三大照明工业巨头：

通用电气、飞利浦和奥斯拉姆集团已纷纷成立LED照明企业，并提出要在2010年前使LED灯的发光效率提高8倍价格降低到1%。

若此目标能得以实现，那么LED灯具将完全取代传统的白炽灯和荧光灯心[4]。

国内很多厂家也研制了LED日光灯、壁灯、吊灯等。

如深圳市鑫明蕊科技有限公司研制18W的LED日光灯；

深圳市晶明固体光源有限公司研制的LED日光灯综合