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LED节能灯资料大全
LED节能灯资料大全
LED驱动电路概述
LED驱动电路概述
1．概述?
?
LED是一种固体光源，当它两端加上正向电压，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。
作为一种新的光源，近年来各大公司
和研究机构对
LED的研究方兴未艾，使其光效得以大大提高，
Lumiled公司目前已研发并生产出光效达到
90Lm/W的白色
LED，已达到白炽灯的水平。
和白炽灯的相比较，LED在性能上具有很多优点，见下表：
表
1白
炽灯与白色
LED的性能比较
随着对
LED研究的进一步深入，其光效将进一步得到提高，而其成本将一步下降，在不久的将来
LED取代白
炽灯甚至荧光灯而发展成21世纪的一种主要的照明光源将成为一种趋势。
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新的光源呼唤新的大功率
LED驱动器，天下明科技已于近几年开始了
LED驱动电路的研究，拥有自主知识产
权，在此研发领域已占据了世界领先的地位。
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2．LED驱动电路概述
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与荧光灯的电子镇流器不同，LED驱动电路的主要功能是将交流电压转换为恒流电源，并同时完成与
LED的
电压和电流的匹配。
?
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LED的正向伏安特性如图
1所示：
所以，LED伏安特性的数字模型可用下式表示
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VF=Vturn-on+RsIF+（ΔVF/ΔT）（T-25℃）（
1）?
?
其中，Vturn-on是
LED的启动电压?
?
Rs表示伏安曲线的斜率?
?
T环境温度
?
?
ΔVF/ΔT是
LED正向电压的温
度系数，对于多数
LED而言典型值为-2V/℃。
?
?
从
LED的伏安曲线及数字模型看，LED在正向导通后其正向电压的细小变动将引起
LED电流的很大变化，并
且，环境温度，LED老化时间等因素也将改变影响
LED的电气性能。
而
LED的光输出直接与
LED电流相关，
所以
LED驱动电路在输入电压和环境温度等因素发生变动的情况下最好能控制
LED电流的大小。
否则，LED
的光输出将随输入电压和温度等因素变化而变化，并且，若
LED电流失控，LED长期工作在大电流下将影响
LED的可靠性和寿命，并有可能失效。
?
?
3．各种
LED驱动电路拓扑结构的简要分析?
?
天下明科技近年来致力于
LED驱动电路的开发，已研发出多种
LED驱动电路拓扑结构以适合各方面客户的需
求，产品已广泛地运用于照明，汽车电子，显示背光等领域。
?
?
天下明科技推出
G220C300W01S01一种简单的
LED驱动模块。
?
这种
LED驱动电路主要由电源隔离模块，主要是控制
LED电流，恒流300mA，这样才能克服
LED电流随输入
电压和环境温度等因素而产生的变化，但是从效率角度，却不应取得太大。
?
?
在实际运用中，负载常采用通过串并联形成的
LED阵列，这会使输出电流随输入电压和环境温度等因素而发
生的变化更加显着，并且阵列形式或
LED个数变化，限流电阻也应相应变化，所以采用这种简单结构的
LED
驱动电路一般只适合于驱动阵列形式固定的，并且灯个数较少的
LED陈列。
?
?
天下明科技正在开发的另外一个高档次的
LED驱动电路系列的产品中，引入了电压或电流反馈控制环节。
用
户可以根据需要改变负载
LED阵列形式和
LED个数，得到不同的输出功率。
同时该驱动电路也克服了因输入
电压，环境温度等因素而
LED灯光的颜色易变动等弊端，功率因数达到0.9以上，THD可做到20%以下，寿命
可达到50000小时以上，同时还可完成从100%到1%的调光功能，并且此系列产品还具备过压和过流保护功
能。
?
?
LED驱动电路主体结构采用
flyback拓扑结构，Mosfet的通断由控制
IC控制。
这种结构在完成向负载提供直
流电压的同时，既实现了功率因数的校正，又完成了负载与电源的隔离。
LED驱动电路的另一个任务是使
LED的负载电流能够在各种因素的影响下都能控制在预先设计的水平上。
电
路将一个基准电压或电流信号
Sref与
LED负载电压或电流信号
Sload送入信号控制模块中进行比较，误差信
号经处理后送回初级控制
IC中进行处理，当负载电流因各种因素而产生变化时，初级控制
IC可以通过控制
开关使负载电流回到初始设计值上。
LED与荧光粉知识
LED用荧光粉尚待创新
近年来，在照明领域最引人关注的事件是半导体照明的兴起。
20世纪90年代中期，日本日亚化学公司的
Nakamura等人经过不懈努力，突破了制造蓝光发光二极管
（LED）的关键技术，并由此开发出以荧光材料覆盖
蓝光
LED产生白光光源的技术。
半导体照明具有绿色环保、寿命超长、高效节能、抗恶劣环境、结构简单、
体积小、重量轻、响应快、工作电压低及安全性好的特点，因此被誉为继白炽灯、日光灯和节能灯之后的第
四代照明电光源，或称为21世纪绿色光源。
美国、日本及欧洲均注入大量人力和财力，设立专门的机构推动
半导体照明技术的发展。
LED实现白光有多种方式，而开发较早、已实现产业化的方式是在
LED芯片上涂敷荧光粉而实现白光发射。
LED采用荧光粉实现白光主要有三种方法，但它们并没有完全成熟，由此严重地影响白光
LED在照明领域的
应用。
具体来说，第一种方法是在蓝色
LED芯片上涂敷能被蓝光激发的黄色荧光粉，芯片发出的蓝光与荧光
粉发出的黄光互补形成白光。
该技术被日本
Nichia公司垄断，而且这种方案的一个原理性的缺点就是该荧
光体中
Ce3+离子的发射光谱不具连续光谱特性，显色性较差，难以满足低色温照明的要求，同时发光效率还
不够高，需要通过开发新型的高效荧光粉来改善。
第二种实现方法是蓝色
LED芯片上涂覆绿色和红色荧光粉，通过芯片发出的蓝光与荧光粉发出的绿光和红光
复合得到白光，显色性较好。
但是，这种方法所用荧光粉有效转换效率较低，尤其是红色荧光粉的效率需要
较大幅度的提高。
第三种实现方法是在紫光或紫外光
LED芯片上涂敷三基色或多种颜色的荧光粉，利用该芯片发射的长波紫
外光（370nm-380nm）或紫光（380nm-410nm）来激发荧光粉而实现白光发射，该方法显色性更好，但同样存在和
第二种方法相似的问题，且目前转换效率较高的红色和绿色荧光粉多为硫化物体系，这类荧光粉发光稳定性
差、光衰较大，因此开发高效的、低光衰的白光
LED用荧光粉已成为一项迫在眉睫的工作。
我们是国内率先进行
LED用高效低光衰荧光粉研究的研究机构。
最近，通过与我国台湾合作伙伴的联合攻关，
多种采用荧光粉的彩色
LED被开发出来了。
采用荧光粉来制作彩色
LED有以下优点：
首先，虽然不使用荧光粉，就能制备出红、黄、绿、蓝、紫等不同颜色的彩色
LED，但由于这些不同颜色
LED的发光效率相差很大，采用荧光粉以后，可以利用某些波段
LED发光效率高的优点来制备其它波段的
LED，
以提高该波段的发光效率。
例如有些绿色波段的
LED效率较低，台湾厂商利用我们提供的荧光粉制备出一种
效率较高，被其称为"苹果绿"的
LED用于手机背光源，取得了较好的经济效益。
其次，LED的发光波长现在还很难精确控制，因而会造成有些波长的
LED得不到应用而出现浪费，例如需
要制备470nm的
LED时，可能制备出来的是从455nm到480nm范围很宽的
LED，发光波长在两端的
LED只能以
较低廉的价格处理掉或者废弃，而采用荧光粉可以将这些所谓的"废品"转化成我们所需要的颜色而得到利用。
第三，采用荧光粉以后，有些
LED的光色会变得更加柔和或鲜艳，以适应不同的应用需要。
当然，荧光粉
在
LED上最广泛的应用还是在白光领域，但由于其特殊的优点，在彩色
LED中也能得到一定的应用，但荧光
粉在彩色
LED上的应用还刚刚起步，需要进一步进行深入的研究和开发。
白光
LED简史
LED是
LightEmittingDiode发光二极管的简称。
此种组件，无论是信息产品，通讯用品还是消费性家电制
品，广泛普遍用于各种电子回路中，通常用来做为“显示状态”的用途。
使用红光、绿光或蓝光二极管的产品，市面上可以说四处可见。
但是使用白光的发光二极管，却很少见，其
中是不是有什么技术瓶颈？
答案是科技界最喜欢使用的反制招数。
因为这是日亚化学工业（Nichia）的独门专
利。
然而，随着该公司专利战略的不得不变更，白色光
LED的市场面以及性能面，有机会演起一场大变格的
戏码。
市场面的首要冲激变革，即是供给体制的变化。
当有更多的竞争者，进入角逐之战场以后，我们可以
预期至少会发生几件事情。
其一，自然是价格会滑落到一定的合理水平。
其二，可以大量的交货，满足市场
的需求。
其三，品种的种类丰富化。
如果以上的推断逻辑成立的话，那么，白色光
LED的市场扩大延伸，必
然会呈现加速度的上升曲线。
日亚中村秀二倒戈掀起蓝光、白光
LED专利权大战
说到白色光
LED，必须延伸说到蓝光
LED。
而谈到蓝光
LED，这又与日亚化学工业的专利世纪大战，有密不可
分的影响关系。
至于，白色光
LED以及蓝光
LED，又是存在怎样的你浓我浓的依存关系，稍后再来说明。
有意思的是，这场专利世纪大战的情节，直逼连续剧般地剧情变化，人事物地俱足，高潮迭起。
情节的主轴
有二，其一，是专利权本身的战役。
其二，是幕后的伟大发明家中村秀二（ShujiNakamura）先生，琵琶别抱，
在劲敌日亚化学
Cree公司从事兼职的研究工作，带领
Cree开发不同于日亚的蓝光
LED技术，向其老东家挑
战。
说起日亚化学工业（Nichia）一向是以专利垄断之战略垄断蓝光
LED市场。
何以，来个战略的乾坤挪移呢？
实
际上，日亚化学工业也是被目前的时势所逼，而不得不重新检讨策略上的运用。
日亚化学工业在1993年时成
功地开发出蓝光
LED，据称，其所拥有之相关专利就超过100件以上，而该公司为了达完全垄断蓝光
LED市场
的企图霸心，即运用了坚守专利的策略，悍然拒绝将该专利授权给其它任何的厂商，设下进入市场的专利障
碍。
日亚挟其在化学工业领域长期研发的优势与专利保护策略，初期很顺利走向垄断蓝光
LED市场之路。
如
同风云中的雄霸一般，野心想独吞天下，成也风云，败也风云。
举个实际的发生例子而言，当1998年竞争对手丰田合成（ToyodaGosei）的氮化物（Nitride）高亮度
LED产品在
市场上一推出时，日亚就向东京地方法院提起诉讼，指控丰田合成侵害其蓝光
LED专利。
后来，此案做出裁
决，东京地方法院判决专利侵权的案件成立，命令丰田合成公司停止制造与销售其
LED产品，并赔偿1亿日元
给日亚化学。
而对此一判决，丰田合成已经提起上诉。
第二个实际的案例，发生在1999年，日亚再转移目标对准美国的知名蓝光
LED大厂
Cree，向东京地方法院指
控
Cree在日本当地经销商住友商事侵害其产品专利。
一场横跨美、日两地的蓝光
LED世纪专利大战，就从上
一个世纪末延续打到了新世纪，而日亚的蓝光
LED垄断之路，越走越崎岖，终究初尝败绩。
这项判决实在具
有重大的实质意义，一来因为这表示其它的竞争者有机会可以进入蓝光
LED的市场，而不至于侵害日亚化学
的专利二来，以专利伞独霸的招式，证明不是万灵丹。
从这几个案例，大家也可以不用付出任何高昂学费，学到一些宝贵的教训，他人是如何踢到铁板，又是如
何利用招式来面对不利的局势。
此事证明了任何坚固如盘石一般的专利布局战略，其它厂商也不是完全没有
机会，可以绕过专利地雷自行开创新的局面。
这就需要仰赖智能与技术的结晶。
白色光
LED2003年出货可达12亿颗
若是从性能层面来思考，要去专注的重点，不外乎“发光效率”以及“辉度量度”的特性问题。
依据推断，
“白光”LED要直逼日光灯的发光效率，可能要到2004年，或提前或延后，这都不是问题，重点是照明器具
业者、信息业者、通讯业者，大概已经留意到白色光
LED的潜力，过去被视为“罕见的零件”将洗心革面变
成普通的泛用组件。
“光效率”的提升，所带来多品种的“白光”LED，恰巧可以迎合携带电话机、PDA、以及照明器材的庞大市
场。
尤其是携带电话机与照明器材，会因为其巨大的成长，带来“白光”LED无限的商机。
2001年的使用量，
约有2亿个，2002年估计有62亿个的使用量。
预估2003年可能有机会急速扩大到12亿个，单价的滑落，当可预
期。
我们用量化的数据，来看“白光”LED的究竟。
白热灯泡的发光效率，约落在16lm/W左右，而最常用的日光
灯，其发光效率则是从60lm/W（20瓦的直立式灯管）到100lm/W（40瓦的直立式灯管）。
办公室或是在学校的场合，
大多是100lm/W的日光灯，而在家庭室内的场合，60lm/W程度的发光效率，该是可以接受的范围。
而目前的“白光”LED的发光效率，可以看到30lm/W的产品。
由此可见，白光
LED的发光效率，还有一段路
要走。
如果观察日亚化学以及丰田合成的技术规划蓝图，所采用的手段，会从外部发光效率一路延伸到内部
发光效率的两个层面，并双管齐下，到了2004年或2005年，应该可以达成50～60lm/W程度的理想范围。
其
中，在施予外部发光效率的手法上，可能会是未来的技术主流。
依据丰田合成的说词，未来开发的课题，着
力点放在“萤光体的改良”以及“萤光体的涂敷方式的最佳化”。
萤光体的涂敷方式，还是有他的
Know-how
存在，Citizen电子利用混合环氧树脂（Epoxy）涂敷在萤光体，据称，此种外部发光效率的手法，可以提高
大约20%～30%的发光效率。
至于以上所说的“lm/W”，其实就是代表每瓦多少流明的意思。
白光
LED将取代钨丝灯泡成为新世代照明用具
白光
LED是很多产业分析师或
LED产业心目中相当被看好的新兴零件产品。
当然，所持的理由是，在全球能
源的资源相当有限的的忧虑背景下，白光
LED在照明市场的前景备受全球瞩目。
欧、美及日本等先进国家也
投注许多人力财力，设立专门的机构推动白光
LED研究与开发的工作。
为什么白光
LED会被视为未来的明星
零件产品，这当然与他的特殊优势或说是优点，有相当大的关系。
拿白光
LED与传统的白炽钨丝灯泡以及日光灯相互比较，马上见出分晓。
LED发光二极管的体积小，可以依
据应用对象，允许多颗组合、发热量其低无比、耗电量又小，寿命又长，而且从环保的面向来观察的话，白
光
LED可以回收不会变成环境污染的废弃物等，用来传接传统照明器具作为下一个世代的照明器材，白光
LED
真是不做第二人想。
其中，发热量低、耗电量小，都是来自于它“低电压”、“低电流”动作的特点。
日亚、丰田合成白光
LED技术各领风骚而刚才已经谈过一个观念。
要阐述白色光
LED的技术，就必须先涉及
蓝色光
LED，这是因为目前白色光
LED的技术，与蓝色光
LED的技术息息相关的。
所谓的“白光”，其实，
是由多种颜色经过混合之后而成的光。
混合的方式，就构筑成多种多样化的白色光
LED。
好比说二波长光（蓝
色光+YAG系黄色萤光粉）或三波长光（蓝色光+绿色光+红色光）。
三波长光，通常是以无机紫外光芯片加
R.G.B
三颜色萤光体。
在发光的技术方面，白光
LED的发光结构方式是新加入战场竞争者，在产品上加以区隔的重心之一。
目前的
主力大致有几种。
一个是日亚化学（Nichia）以460nm波长的蓝光晶粒涂上一层
YAG萤光物质，利用蓝光
LED
照射此一萤光物质以产生与蓝光互补的555nm波长黄光，再利用透镜原理将互补的黄光、蓝光予以混合，便
可得出所需的白光。
其次，是日本住友电工开发出以
ZnSe为材料的白光
LED，不过发光效率较差。
丰田合成（ToyodaGosei）与东芝所共同开发的白光
LED，是采用紫外光
LED与萤光体组合的方式，与一般蓝
光
LED与萤光体组合的方式做区隔。
因为，蓝光
LED与萤光体的组合方式，当照在红色物体的时候，其红色
的色泽效果比较不理想。
紫外光
LED与萤光体组合可以弥补这个缺点，但是，其发光效率却仍低于蓝光
LED
与萤光体组合的方式。
至于价格与产品寿命，两者差距不大。
简单的来说，用四个面向来比较白光
LED的差
异，不失为一个标性的方法。
这四个面向，分别就是“色泽表现能力”，“发光的效率”，“产品的成本与
售价”，“产品的使用寿命期间
”。
专利解除大开
LED普及应用之门
白光
LED的最庞大市场商机，即在于照明器材的市场。
其中的关键，笔者推断可能与机器中平均所使用的白
光
LED数量有密不可分的关系。
先从大哥大手机来说起，即使携带电话机的市场规模可以达4亿台，但其白光
LED的使用数量，每一支手机却仅有个位数的少数几颗。
以
PDA个人数字助理来说，每一台使用白光
LED的
数量也可能低于十颗，即使成熟又成长快速的笔记型计算机以及液晶显示银幕，每一台所采用白光
LED的数
量，也不会超过100粒。
然而，照明机器所使用的白光
LED的数量，却庞大许多许多。
而且，照明器材的市场
规模，本来就超越信息产业。
因此，白光
LED的制造数量与生产能力的拉升，看来是箭在弦上。
目前白光
LED的关键技术是
LED技术，专利权过去掌握在日亚化等少数厂商手中，日亚化学（Nichia）的专利
独家垄断，让白光
LED的价格与供应完全由他支配，导致精于量产的业者切入困难。
诚如前面所说过，但技
术的演进一旦突破日亚化的专利网，目前白光
LED所受制的推广困境，应当能够显着改善，并赋予高度的期
待。
姑且如此说，算是本文的小小结语吧！
白光
LED的时代，大门即将开启。
白光
LED的贡献者，中村秀二，被
媲美爱迪生发明电灯泡的二十世纪末的伟大发明家。
然由于横跨两个世纪的专利战，终于让这个门为众生渐
渐开启，意思是说，竞争者会陆续加入，价格滑落之快，可以预期。
毕竟白光
LED的优点（包含环保），用
于照明器材，几乎是
Perfect。
由于众厂家集中火力“发光效率”以及“辉度量度”的提升，因此，一堆人
视为省电照明器材的救世主。
关于发光二极管和半导体照明的探讨
摘要：
针对近年来国内外非常重视照明用发光二极管
（LED）的研制与开发，简要介绍了发光二极管的发展现
状及其特点，并讨论了研发照明用
LED所需要解决的一些技术关键问题，指出这类照明系统将获得广泛应用。
关键词：
发光二极管；半导体照明；讨论
发光二极管发展现状
发光二极管通常也叫光发射二极管
（LightEmittingDiode，简写为
LED）是一种可将电能转变为光能的半导体
发光器件，属于固态光源。
LED在20世纪60年代初期问世，当时的
LED以红色为主，发光效率很低，光通量
很小，只能作指示灯和仪表显示器使用。
随着管芯材料、结构和封装技术的不断进步，LED颜色品种增多，
光效大幅度提高，目前的红色
LED光效已可以到100lm/W，绿色
LED也可达到50lm/W，单个
LED的光通量可
达到几十流明。
尤其是近年来高光效、高亮度的白光
LED的开发成功，使得
LED在照明领域的应用成为可能。
自爱迪生发明白炽灯以来的100多年中，电光源照明经历了三个重要发展阶段，这三个阶段中的代表性光源分
别为白炽灯、荧光灯和高强度气体放电灯。
现在人们普遍认为LED将可望发展成第四代光源，即半导体照明。
1半导体发光二极管的特点
LED是半导体器件通过
PN结实现电光转换。
其特点为：
1.1节能、不引起环境污染
LED的能耗较小，随着技术的进步，将成为一种新型的节能照明光源。
目前白光
LED的光效已经达到25lm/W，
超过了普通白炽灯的水平，且有人按现在LED的技术发展速度预测，到2005年，白光
LED的光效可以达到
50lm/W，而到2010—2015年，白光
LED的光效有可能达到150～200lm/W，远远超过了现在所有照明光源的光
效。
此外，现在广泛使用的荧光灯、汞灯等光源中含有危害人体健康的汞，这些光源的生产过程和废弃的灯
管都会造成对环境的污染。
LED则没有这些问题，是一种
“清洁”的光源。
1.2寿命长
一般来讲，普通白炽灯的寿命约为1000h，荧光灯、金属卤化物灯的寿命也不超过1万
h，而
LED的使用寿命
可长达数万
h。
1.3结构牢固
LED是用环氧树脂封装的固态光源，其结构中没有玻璃泡、灯丝等易损坏的部件，是一种全固体结构，因此
能够经受得住震动、冲击而不致引起损坏。
除此之外，LED作为照明用光源还有一些难能可贵的优点，例如：
发光体接近点光源，便于灯具设计；发光
响应时间短；易于做成薄型灯具，节省安装空间等等。
综上所述，LED是一种符合绿色照明要求的光源。
所谓“绿色照明”的概念就是指通过科学的照明设计，采
用效率高、寿命长、安全和性能稳定的照明电器产品（电光源、灯用电器附件、灯具、配线材料，以及调光
控制设备和控光器件），改善提高人们工作、学习、生活的条件和质量，从而创造一个高效、舒适、安全、经
济、有益的环境并充分体现现代文明的照明。
2研发照明用
LED的技术关键
LED照明目前还只能用于一些特殊场合。
广泛使用的照明光源应该是白光
LED，而目前国内外已研制成的白光
LED光效还不够高，功率也不够大，价格较贵。
如果要求全面取代目前普遍使用的白炽灯或荧光灯，尚有一
些技术上的难题需研究解决。
（1）首先是发光效率问题。
提高
LED的发光效率最主要的方法是改进半导体发光材料与
LED芯片的结构和制造
工艺。
由于这部分工作需要扎实的理论研究基础和先进的半导体工艺设备，开展这方面研究工作不太容易。
（2）高功率问题。
作为照明，单个
LED输出的光通量必须足够大，欲加大
LED的光通量，首先必须注入足够的
电功率。
但
LED芯片的温升不能过高，否则各项性能特别是使用寿命会受到很大的影响。
显然，设计较大输
入功率的
LED器件和灯具，除需用面积较大的芯片外，还必须有良好的散热结构。
现在国外一些著名公司已
设计研制了一些特殊的
LED器件结构，并已获得了较好的效果。
（3）由于通常的
LED发出的光相对集中于一个较小的立体角范围内，一般灯具中的反射器就不再是必要的光学
组件，而往往用透镜作为准直光学组件。
例如，用凸透镜或菲涅耳透镜产生平行光束。
然后，用枕形透镜、
楔形棱镜等使光束重新扩散、偏折产生满足各种照明灯标准要求的光分布。
这就要求对
LED照明灯的灯具进
行独特的二次光学系统设计。
（4）由于
LED照明需由多个
LED管组成，其参数离散性也是一个技术问题。
除了通过预选、分类，尽量保证一
致性以外，还必须设计合理的灯具结构（包括
LED的排列和位置布局）和研究合适的驱动电路，防止偶尔产生
的能量集中而烧毁部分
LED。
（5）此外，由于多个
LED组成一只照明灯具时，免不了对
LED进行并联、串联。
而在使用过程中只要有一个
LED短路或开路，都将会导致整小片或整条
LED熄灭，影响照明效果。
为此，必须研究简单而廉价的保护电
路，使这种不良影响降至最低限度。
（6）鉴于
LED对散热条件的要求较高，如果管芯结温超过标准限定
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