畢業(yè)設(shè)計(jì)----led照明設(shè)計(jì)及應(yīng)用

1、<p><b>　　畢業(yè)課題設(shè)計(jì)</b></p><p>　　LED照明應(yīng)用方案設(shè)計(jì)</p><p>　　系 別 </p><p>　　專 業(yè) 機(jī)電設(shè)備維護(hù)與管理</p><p>　　班 級(jí) 通0810-1</p><p><b>　　目錄</b

2、></p><p><b>　　摘要3</b></p><p>　　關(guān)鍵詞：LED 照明技術(shù) 驅(qū)動(dòng)電源3</p><p>　　1 LED及其照明應(yīng)用簡(jiǎn)介4</p><p>　　1.1什么是LED以及 LED的特點(diǎn)4</p><p>　　1.1.1LED 的結(jié)構(gòu)及發(fā)光原理4<

3、/p><p>　　1.2 LED燈的分類5</p><p>　　1.3 應(yīng)用范圍6</p><p>　　2 LED驅(qū)動(dòng)電路7</p><p>　　2.1 LED驅(qū)動(dòng)器通用要求8</p><p>　　2.2 兩種系統(tǒng)效率低下的LED驅(qū)動(dòng)電路8</p><p>　　2.2.1

4、0;傳統(tǒng)的低效率電路：8</p><p>　　2.3常見的LED排列方式9</p><p>　　2.4功率因數(shù)校正10</p><p>　　2.5驅(qū)動(dòng)器標(biāo)準(zhǔn)11</p><p>　　2.6LED驅(qū)動(dòng)電源技術(shù)11</p><p>　　3 LED照明燈的制作13</p><p>　　3.

5、1材料的準(zhǔn)備13</p><p>　　3.2電路圖分析13</p><p>　　3.3 材料組裝14</p><p>　　3.4調(diào)試 檢查15</p><p>　　4 LED照明存在的問題15</p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ)17</b></p><p>&l

6、t;b>　　參考文獻(xiàn)18</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　在全球能源短缺、環(huán)保要求不斷提高的背景下，世界各國(guó)均大力發(fā)展綠色節(jié)能照明。LED照明作為一種革命性的節(jié)能照明技術(shù)，正在飛速發(fā)展。然而，LED驅(qū)動(dòng)電源的要求也在不斷提高。高效率、高功率因數(shù)、安全隔離、符合EMI標(biāo)準(zhǔn)、高電流控制精度、高可靠性、體積小、成本低

7、等正成為L(zhǎng)ED驅(qū)動(dòng)電源的關(guān)鍵評(píng)價(jià)指標(biāo)?，F(xiàn)在的照明應(yīng)用LED，具有普通照明所需的亮度、效率、使用壽命、色溫以及白點(diǎn)穩(wěn)定性。因此，絕大多數(shù)普通照明應(yīng)用設(shè)計(jì)中都采用這類LED，包括路面、停車區(qū)以及室內(nèi)方向照明。在這些應(yīng)用中，由于無需維護(hù)(因?yàn)長(zhǎng)ED的使用壽命比傳統(tǒng)燈泡的要長(zhǎng)得多)且能耗降低，所以基于LED的照明降低了總體擁有成本(TCO)。本論文的重點(diǎn)是研究LED燈的電路和LED燈的制作過程及優(yōu)缺點(diǎn)分析。</p><p&g

8、t;　　關(guān)鍵詞：LED 照明技術(shù) 驅(qū)動(dòng)電源</p><p>　　1 LED及其照明應(yīng)用簡(jiǎn)介</p><p>　　1.1什么是LED以及 LED的特點(diǎn)</p><p>　　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。LED的心臟是一個(gè)半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端附在一個(gè)支架上，一端是負(fù)極，另一端連接電源

9、的正極，使整個(gè)晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。半導(dǎo)體晶片由三部分組成，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，中間通常是1至5個(gè)周期的量子阱。當(dāng)電流通過導(dǎo)線作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，電子和空穴就會(huì)被推向量子阱，在量子阱內(nèi)電子跟空穴復(fù)合，然后就會(huì)以光子的形式發(fā)出能量，這就是LED發(fā)光的原理。而光的波長(zhǎng)也就是光的顏色，是由形成P-N結(jié)的材料決定的其實(shí)簡(jiǎn)單的就是電子跳到空穴的時(shí)候，由于電子的能量多于空穴的容積，所

10、以多的那部分能量就一光的形勢(shì)發(fā)出來。</p><p>　　1.1.1LED 的結(jié)構(gòu)及發(fā)光原理</p><p>　?。↙ED發(fā)光原理圖） </p><p>　　50 年前人們已經(jīng)了解半導(dǎo)體材料可產(chǎn)生光線的基本知識(shí)第一個(gè)商用二極管產(chǎn)生于 1960 年。 發(fā)光二極管的核心部分是由 p 型半導(dǎo)體和 n 型半導(dǎo)體組成的晶片，在 p 型半導(dǎo)體和 n 型半導(dǎo)體之間有一個(gè)過渡層，稱

11、為 p-n 結(jié)。在某些半導(dǎo)體材料的 PN 結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時(shí)會(huì)把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。 PN 結(jié)加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱 LED 。當(dāng)它處于正向工作狀態(tài)時(shí)（即兩端加上正向電壓），電流從 LED 陽(yáng)極流向陰極時(shí)，半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強(qiáng)弱與電流有關(guān)。 </p><p

12、>　　1.2 LED燈的分類</p><p>　　1、按發(fā)光管發(fā)光顏色分</p><p>　　按發(fā)光管發(fā)光顏色分，可分成紅色、橙色、綠色（又細(xì)分黃綠、標(biāo)準(zhǔn)綠和純綠）、藍(lán)光等。另外，有的發(fā)光二極管中包含二種或三種顏色的芯片。</p><p>　　根據(jù)發(fā)光二極管出光處摻或不摻散射劑、有色還是無色，上述各種顏色的發(fā)光二極管還可分成有色透明、無色透明、有色散射和無色散

13、射四種類型。散射型發(fā)光二極管和達(dá)于做指示燈用。</p><p>　　2、按發(fā)光管出光面特征分 </p><p>　　按發(fā)光管出光面特征分圓燈、方燈、矩形、面發(fā)光管、側(cè)向管、表面安裝用微型管等。圓形燈按直徑分為φ2mm、φ4.4mm、φ5mm、φ8mm、φ10mm及φ20mm等。國(guó)外通常把φ3mm的發(fā)光二極管記作T-1；把φ5mm的記作T-1（3/4）；把φ4.4mm的記作T-1（1/4）。

14、</p><p>　　由半值角大小可以估計(jì)圓形發(fā)光強(qiáng)度角分布情況。</p><p>　　從發(fā)光強(qiáng)度角分布圖來分有三類：</p><p>　?。?）高指向性。一般為尖頭環(huán)氧封裝，或是帶金屬反射腔封裝，且不加散射劑。半值角為5°～20°或更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或與光檢出器聯(lián)用以組成自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。</p><p

15、>　?。?）標(biāo)準(zhǔn)型。通常作指示燈用，其半值角為20°～45°。</p><p>　?。?）散射型。這是視角較大的指示燈，半值角為45°～90°或更大，散射劑的量較大。</p><p>　　3、按發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)分 </p><p>　　按發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)分有全環(huán)氧包封、金屬底座環(huán)氧封裝、陶瓷底座環(huán)氧封裝及玻璃封裝等結(jié)構(gòu)。

16、</p><p>　　4、按發(fā)光強(qiáng)度和工作電流分</p><p>　　按發(fā)光強(qiáng)度和工作電流分有普通亮度的LED（發(fā)光強(qiáng)度100mcd）；把發(fā)光強(qiáng)度在10～100mcd間的叫高亮度發(fā)光二極管。一般LED的工作電流在十幾mA至幾十mA，而低電流LED的工作電流在2mA以下（亮度與普通發(fā)光管相同）。</p><p>　　除上述分類方法外，還有按芯片材料分類及按功能分類的方

17、法。</p><p><b>　　1.3 應(yīng)用范圍</b></p><p>　　鑒于LED 的自身優(yōu)勢(shì), 目前主要應(yīng)用于以下幾大方面: </p><p>　　(1) 顯示屏、交通訊號(hào)顯示光源的應(yīng)用LED 燈具有抗震耐沖擊、光響應(yīng)速度快、省電和壽命長(zhǎng)等特點(diǎn), 廣泛應(yīng)用于各種室內(nèi)、戶外顯示屏, 分為全色、三色和單色顯示屏, 全國(guó)共有100 多個(gè)單位

18、在開發(fā)生產(chǎn)。交通信號(hào)燈主要用超高亮度紅、綠、黃色LED, 因?yàn)椴捎肔ED 信號(hào)燈既節(jié)能, 可靠性又高, 所以在全國(guó)范圍內(nèi), 交通信號(hào)燈正在逐步更新?lián)Q代, 而且推廣速度快, 市場(chǎng)需求量很大, 是個(gè)很好的市場(chǎng)機(jī)會(huì);</p><p>　　(2) 汽車工業(yè)上的應(yīng)用汽車用燈包含汽車內(nèi)部的儀表板、音響指示燈、開關(guān)的背光源、閱讀燈和外部的剎車燈、尾燈、側(cè)燈以及頭燈等。汽車用白熾燈不耐震動(dòng)撞擊、易損壞、壽命短, 需要經(jīng)常更換。1

19、987年, 我國(guó)開始在汽車上安裝高位剎車燈。由于LED響應(yīng)速度快, 可以及早提醒司機(jī)剎車, 減少汽車追尾事故, 在發(fā)達(dá)國(guó)家, 使用LED 制造的中央后置高位剎車燈已成為汽車的標(biāo)準(zhǔn)件, 美國(guó)HP 公司在1996年推出的LED 汽車尾燈模組可以隨意組合成各種汽車尾燈。此外, 在汽車儀表板及其他各種照明部分的光源, 都可用超高亮度發(fā)光燈來?yè)?dān)當(dāng), 所以均在逐步采用LED 顯示。我國(guó)汽車工業(yè)正處于大發(fā)展時(shí)期, 是推廣超高亮度LED 的極好時(shí)機(jī)。近

20、幾年內(nèi)會(huì)形成年產(chǎn)10 億元的產(chǎn)值, 5 年內(nèi)會(huì)形成每年30 億元的產(chǎn)值。</p><p>　　(3) LED 背光源以高效側(cè)發(fā)光的背光源最為引人注目,LED 作為L(zhǎng)CD 背光源應(yīng)用, 具有壽命長(zhǎng)、發(fā)光效率高、無干擾和性價(jià)比高等特點(diǎn), 已廣泛應(yīng)用于電子手表、手機(jī)、BP 機(jī)、電子計(jì)算器和刷卡機(jī)上, 隨著便攜電子產(chǎn)品日趨小型化, LED 背光源更具優(yōu)勢(shì),因此背光源制作技術(shù)將向更薄型、低功耗和均勻一致方面發(fā)展。LED 是

21、手機(jī)關(guān)鍵器件, 一部普通手機(jī)或小靈通約需使用10 只LED 器件, 而一部彩屏和帶有照相功能的手機(jī)則需要使用約20 只LED 器件。現(xiàn)階段手機(jī)背光源用量非常大, 一年要用35 億只LED 芯片。目前我國(guó)手機(jī)生產(chǎn)量很大, 而且大部分LED 背光源還是進(jìn)口的, 對(duì)于國(guó)產(chǎn)LED 產(chǎn)品來說,這是個(gè)極好的市場(chǎng)機(jī)會(huì)。 </p><p>　　(4)LED 照明光源早期的產(chǎn)品發(fā)光效率低, 光強(qiáng)一般只能達(dá)到幾個(gè)到幾十個(gè)mcd, 適

22、用在室內(nèi)場(chǎng)合, 在家電、儀器儀表、通訊設(shè)備、微機(jī)及玩具等方面應(yīng)用。目前直接目標(biāo)是LED 光源替代白熾燈和熒光燈, 這種替代趨勢(shì)已從局部應(yīng)用領(lǐng)域開始發(fā)展。日本為節(jié)約能源, 正在計(jì)劃替代白熾燈的發(fā)光二極管項(xiàng)目( 稱為" 照亮日本") , 頭五年的預(yù)算為50 億日元,如果LED 替代半數(shù)的白熾燈和熒光燈, 每年可節(jié)約相當(dāng)于60 億升原油的能源, 相當(dāng)于五個(gè)1.35 ×106kW 核電站的發(fā)電量, 并可減少二氧化碳

23、和其它溫室氣體的產(chǎn)生, 改善人們生活居住的環(huán)境。我國(guó)也于2004 年投資50 億大力發(fā)展節(jié)能環(huán)保的半導(dǎo)體照明計(jì)劃[4]。</p><p>　　(5) 其它應(yīng)用例如一種受到兒童歡迎的閃光鞋, 走路時(shí)內(nèi)置的LED 會(huì)閃爍發(fā)光, 僅溫州地區(qū)一年要用5 億只發(fā)光二極管; 利用發(fā)光二極管作為電動(dòng)牙刷的電量指示燈, 據(jù)國(guó)內(nèi)正在投產(chǎn)的制造商介紹, 該公司已有少量保健牙刷上市, 預(yù)計(jì)批量生產(chǎn)時(shí)每年需要3 億只發(fā)光燈; 正在流行的

24、LED 圣誕燈,由于造型新穎、色彩豐富、不易碎破以及低壓使用的安全性, 近期在香港等東南亞地區(qū)銷勢(shì)強(qiáng)勁, 受到人們普遍的歡迎, 正在威脅和替代現(xiàn)有電泡的圣誕市場(chǎng)</p><p><b>　　2 LED驅(qū)動(dòng)電路</b></p><p>　　LED 的排列方式及LED 光源的規(guī)范決定著基本的驅(qū)動(dòng)器要求。LED驅(qū)動(dòng)器的主要功能就是在一定的工作條件范圍下限制流過LED的電流，

25、而無論輸入及輸出電壓如何變化。最常用的是采用變壓器來進(jìn)行電氣隔離。文中論述了LED照明設(shè)計(jì)需要考慮的因素。</p><p>　　2.1 LED驅(qū)動(dòng)器通用要求</p><p>　　驅(qū)動(dòng)LED 面臨著不少挑戰(zhàn)，如正向電壓會(huì)隨著溫度、電流的變化而變化，而不同個(gè)體、不同批次、不同供應(yīng)商的LED 正向電壓也會(huì)有差異；另外，LED 的“色點(diǎn)”也會(huì)隨著電流及溫度的變化而漂移。</p>&l

26、t;p>　　另外，應(yīng)用中通常會(huì)使用多顆LED，這就涉及到多顆LED 的排列方式問題。各種排列方式中，首選驅(qū)動(dòng)串聯(lián)的單串LED，因?yàn)檫@種方式不論正向電壓如何變化、輸出電壓（Vout）如何“漂移”，均提供極佳的電流匹配性能。</p><p>　　當(dāng)然，用戶也可以采用并聯(lián)、串聯(lián)-并聯(lián)組合及交叉連接（如圖1）等其它排列方式，用于需要“相互匹配的”LED 正向電壓的應(yīng)用，并獲得其它優(yōu)勢(shì)。如在交叉連接中，如果其中某個(gè)L

27、ED 因故障開路，電路中僅有1個(gè)LED 的驅(qū)動(dòng)電流會(huì)加倍，從而盡量減少對(duì)整個(gè)電路的影響。</p><p>　　2.2 兩種系統(tǒng)效率低下的LED驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　2.2.1 傳統(tǒng)的低效率電路：</p><p><b>　　圖1 </b></p><p>　　圖1 是傳統(tǒng)的低效率電路，電網(wǎng)電源

28、通過降壓變壓器降壓；橋式整流濾波后，通過電阻限流來使3 個(gè)LED 穩(wěn)定工作，這種電路的致命缺點(diǎn)是：電阻R 的存在是必須的，R 上的有功損耗直接影響了系統(tǒng)的效率，當(dāng)R 分壓較小時(shí)，R 的壓降占總輸出電壓的40％，輸出電路在R 上的有功損耗已經(jīng)占40％，再加上變壓器損耗，系統(tǒng)效率小于50％。當(dāng)電源電壓在±10％的范圍內(nèi)變動(dòng)時(shí)，流過LED 的電流變化將≥25％，LED 上的功率變化將達(dá)到30％。當(dāng)R 分壓較大時(shí)，在電源電壓在

29、7;10％的范圍內(nèi)變動(dòng)時(shí)，雖說能使輸出到LED 的功率變化減少，但系統(tǒng)效率將更低。</p><p><b>　　圖2 </b></p><p>　　1.2采用集成穩(wěn)壓元件的LED驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　圖2是在圖1 的基礎(chǔ)上加了一個(gè)集成穩(wěn)壓元件MC7809，使輸出端的電壓基本穩(wěn)定在9V，限流電阻R 可用得很小也不會(huì)因?yàn)殡娫措妷旱牟环€(wěn)定造成

30、LED 的超載。但是此電路除了保證LED 的基本恒定輸出外，效率還是很低的。因?yàn)镸C7809 和R1 上的壓降仍占很大比例，其效率僅為40％左右。</p><p>　　上述這類電路的應(yīng)用，系統(tǒng)總的每瓦輸出流明僅為20lm/W～25lm/W，是根本不能稱為節(jié)能的照明產(chǎn)品的。為了達(dá)到既能使LED 穩(wěn)定工作，又能保持高的效率，應(yīng)采用低功耗的限流元件和電路來使系統(tǒng)效率提高。</p><p>　　2

31、.3常見的LED排列方式</p><p>　　LED 的排列方式及LED 光源的規(guī)范決定著基本的驅(qū)動(dòng)器要求。LED 驅(qū)動(dòng)器的主要功能就是在一定的工作條件范圍下限制流過LED 的電流，而無論輸入及輸出電壓如何變化。LED驅(qū)動(dòng)器基本的工作電路示意圖如圖2所示，其中所謂的“隔離”表示交流線路電壓與LED（即輸入與輸出）之間沒有物理上的電氣連接，最常用的是采用變壓器來電氣隔離，而“非隔離”則沒有采用高頻變壓器來電氣隔離。

32、</p><p>　　值得一提的是，在LED 照明設(shè)計(jì)中，AC-DC 電源轉(zhuǎn)換與恒流驅(qū)動(dòng)這兩部分電路可以采用不同配置：</p><p>　　1）整體式（integral）配置，即兩者融合在一起，均位于照明燈具內(nèi)，這種配置的優(yōu)勢(shì)包括優(yōu)化能效及簡(jiǎn)化安裝等；</p><p>　　2）分布式（distributed）配置，即兩者單獨(dú)存在，這種配置簡(jiǎn)化安全考慮，并增加靈活性。

33、</p><p>　　LED 驅(qū)動(dòng)器根據(jù)不同的應(yīng)用要求，可以采用恒定電壓（CV）輸出工作，即輸出為一定電流范圍下鉗位的電壓；也可以采用恒定電流（CC）輸出工作，輸出的設(shè)計(jì)能嚴(yán)格限定電流；也可能會(huì)采用恒流恒壓（CCCV）輸出工作，即提供恒定輸出功率，故作為負(fù)載的 LED 的正向電壓確定其電流。</p><p>　　總的來看，LED 照明設(shè)計(jì)需要考慮以下幾方面的因素：</p>&

34、lt;p>　　輸出功率：涉及LED 正向電壓范圍、電流及LED 排列方式等</p><p>　　電源：AC-DC 電源、DC-DC 電源、直接采用AC 電源驅(qū)動(dòng)</p><p>　　功能要求：調(diào)光要求、調(diào)光方式（模擬、數(shù)字或多級(jí)）、照明控制</p><p>　　其他要求：能效、功率因數(shù)、尺寸、成本、故障處理（保護(hù)特性）、要遵從的標(biāo)準(zhǔn)及可靠性等</p>

35、;<p>　　更多考慮因素：機(jī)械連接、安裝、維修／替換、壽命周期、物流等</p><p><b>　　2.4功率因數(shù)校正</b></p><p>　　美國(guó)能源部（DOE）“能源之星”（ENERGYSTAR）固態(tài)照明（SSL）規(guī)范中規(guī)定任何功率等級(jí)皆須強(qiáng)制提供功率因數(shù)校正（PFC）。這標(biāo)準(zhǔn)適用于一系列特定產(chǎn)品，如嵌燈、櫥柜燈及臺(tái)燈，其中，住宅應(yīng)用的LED

36、驅(qū)動(dòng)器功率因數(shù)須大于0.7，而商業(yè)應(yīng)用中則須大于0.9；但是，這標(biāo)準(zhǔn)屬于自愿性標(biāo)準(zhǔn)。歐盟的IEC61000-3-2諧波含量標(biāo)準(zhǔn)中則規(guī)定了功率大于25 W 的照明應(yīng)用的總諧波失真性能，其最大限制相當(dāng)于總諧波失真（THD）＜35％，而功率因數(shù)（PF）＞0.94.</p><p>　　雖然不是所有國(guó)家都絕對(duì)強(qiáng)制要求照明應(yīng)用中改善功率因數(shù)，但某些應(yīng)用可能有這方面的要求，如公用事業(yè)機(jī)構(gòu)大力推動(dòng)擁有高功率因數(shù)的產(chǎn)品在公用設(shè)施

37、中的商業(yè)應(yīng)用，此外，公用事業(yè)機(jī)構(gòu)購(gòu)入／維護(hù)街燈時(shí)，也可以根據(jù)他們的意愿來決定是否要求擁有高功率因數(shù)（通常＞0.95＋）。</p><p>　　PFC 技術(shù)包括無源 PFC 及有源PFC 兩種。無源PFC 方案的體積較大，需要增加額外的元件來更好地改變電流波形，能夠達(dá)到約0.8或更高的功率因數(shù)。其中，在小于5 W 至40 W 的較低功率應(yīng)用中，幾乎是標(biāo)準(zhǔn)選擇的反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)只需要采用無源元件及稍作電路改動(dòng)，即可實(shí)現(xiàn)

38、高于0.7的功率因數(shù)。</p><p>　　有源 PFC通常是作為一個(gè)專門的電源轉(zhuǎn)換段增加到電路中來改變輸入電流波形。有源PFC 通常提供升壓，交流100至277 Vac的寬輸入范圍下，PFC 輸出電壓范圍達(dá)直流450至480 Vdc.如果恰當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)PFC 段，可以提供91％到95％的高能效。但增加了有源PFC，仍然需要專門的DC-DC 轉(zhuǎn)換來提供電流穩(wěn)流。</p><p><b&g

39、t;　　2.5驅(qū)動(dòng)器標(biāo)準(zhǔn)</b></p><p>　　LED 驅(qū)動(dòng)器本身也在不斷演進(jìn)，著重于進(jìn)一步提高能效、增加功能及功率密度。美國(guó)“能源之星”的固態(tài)照明規(guī)范提出的是照明器具級(jí)的能效限制，涉及包括功率因數(shù)在內(nèi)的特定產(chǎn)品要求。而歐盟的IEC 61347-2-13（5／2006）標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)采用直流或交流供電的LED模塊的要求包括：</p><p>　　最大安全特低電壓（SELV）工作

40、輸出電壓&le;25 Vrms（35.3 Vdc）</p><p>　　不同故障條件下“恰當(dāng)”／安全的工作</p><p><b>　　故障時(shí)不冒煙或易燃</b></p><p>　　此外，ANSI C82.xxx LED 驅(qū)動(dòng)器規(guī)范仍在制定之中。而在安全性方面，需要遵從UL、CSA 等標(biāo)準(zhǔn)，如UL1310（Class 2）、UL 60

41、950、UL1012.此外，LED 照明設(shè)計(jì)還涉及到產(chǎn)品壽命周期及可靠性問題。</p><p>　　LED驅(qū)動(dòng)電路除了要滿足安全要求外，還應(yīng)具備另外兩個(gè)基本功能，一是盡可能保持恒流特性，尤其在電源電壓發(fā)生±15％的變動(dòng)時(shí)，仍應(yīng)能保持輸出電流在±10％的范圍內(nèi)變動(dòng)。二是應(yīng)保持較低的自身功耗，這樣才能使LED 的系統(tǒng)效率保持在較高水平。　 2.6LED驅(qū)動(dòng)電源技術(shù)</p>

42、<p>　　原始電源有各種形式，但是無論哪種電源，一般都不能直接給LED供電。因此，要用LED作為照明光源就要解決電源交換的問題。有低電壓驅(qū)動(dòng)、 過渡電壓驅(qū)動(dòng) 、高電壓驅(qū)動(dòng)、 市電壓驅(qū)動(dòng)。</p><p><b>　　低電壓驅(qū)動(dòng)</b></p><p>　　低電壓驅(qū)動(dòng)是指用低于LED正向?qū)▔航档碾妷候?qū)動(dòng)LED，如一節(jié)普通的干電池或者鎳鉻/鎳氫電池，其正

43、常供電壓為0.8至1.65V。低電壓驅(qū)動(dòng)LED就是要把電壓提升到足以使LED導(dǎo)通的電壓值。對(duì)于LED這樣低功率照明器件，這是一種常見的使用情況，如LED手電筒、LED應(yīng)急燈等。由于受單節(jié)電池容量的限制，一般不需要很大功率，但要求有最低的成本和比較高的交換效率。</p><p><b>　　過渡電壓驅(qū)動(dòng)</b></p><p>　　過渡電壓驅(qū)動(dòng)是指給LED供電的電源電壓

44、值在LED管壓降附近變動(dòng)，這個(gè)電壓值有時(shí)候略高于LED管壓降，有時(shí)略低于LED管壓降。如一節(jié)或兩節(jié)鋰電池串聯(lián)的鉛酸電池，滿時(shí)電壓在4V以上，電壓快用完時(shí)在3V一下。用這類電源供電的典型應(yīng)用有礦井燈等。過渡電壓驅(qū)動(dòng)LED電源變化電路既要解決升壓?jiǎn)栴}又要解決降壓?jiǎn)栴}，為了配合一節(jié)鋰電池工作，也需要盡可能小的體積和盡可能低的成本，一般情況下功率不大，其最高性價(jià)比的電路是反極性電荷汞式變換器。</p><p><b

45、>　　高電壓驅(qū)動(dòng)</b></p><p>　　高電壓驅(qū)動(dòng)是指給LED供電的電壓值始終高于LED的管壓降，如5V,12V,24V的電源。典型的應(yīng)用有太陽(yáng)能草坪燈、太陽(yáng)能庭院燈、機(jī)動(dòng)車的燈光系統(tǒng)等。高電壓驅(qū)動(dòng)LED要解決降壓?jiǎn)栴}，由于高電壓驅(qū)動(dòng)一般是由普通蓄電池供電，會(huì)用到比較大的功率，最佳電路結(jié)構(gòu)是串聯(lián)開關(guān)降壓電路。</p><p><b>　　市電驅(qū)動(dòng)</

46、b></p><p>　　市電驅(qū)動(dòng)就是指用220V、50HZ的的交流市電經(jīng)過電源變換裝置給LED供電。這是一種對(duì)LED照明最有價(jià)值的供電方式，是半導(dǎo)體照明普及必須解決的問題。用市電驅(qū)動(dòng)要解決降壓和整流的問題，還要有比較高的變換效率、有較小的體積和成本。另外，考慮到對(duì)電網(wǎng)的影響，還要解決好電磁干擾和功率因數(shù)等問題。對(duì)于中小型功率的LED，現(xiàn)在普遍使用的電路機(jī)構(gòu)是反激變換器。對(duì)于大功率的應(yīng)用，則是使用橋式變換電

47、路。</p><p>　　無論何種電源驅(qū)動(dòng)技術(shù)，歸根到底對(duì)于LED照明而言只有恒壓和橫流的區(qū)別。采用恒壓設(shè)計(jì)會(huì)危害LED的未來。LED是需要橫流方式驅(qū)動(dòng)工作的，但是目前由于橫流方式限制達(dá)不到實(shí)際要求，而較多的使用恒壓方式設(shè)計(jì)。恒壓方式只是暫時(shí)的過渡，很快就會(huì)被橫流取代。</p><p>　　3 LED照明燈的制作</p><p><b>　　3.1材料的準(zhǔn)

48、備</b></p><p>　　材料有： 白光的二極管 導(dǎo)線 電阻 電容 燈口 燈塑料外殼 圓形電路板 方形電路板</p><p>　　工具：電烙鐵 偏口鉗 </p><p>　　二極管等 電容 電解電容</p><p><b>

49、;　　3.2電路圖分析</b></p><p>　　（圖1 串聯(lián)50個(gè)燈）</p><p>　　圖1是一款LED燈杯的實(shí)用電路圖,該燈使用220V電源供電,220V交流電經(jīng)C1降壓電容降壓后經(jīng)全橋整流再通過C2濾波后經(jīng)限流電阻R3給串聯(lián)的38顆LED提供恒流電源.LED的額定電流為20mA,但是我們?cè)谥谱鞴?jié)能燈的時(shí)候要考慮很多方面的因素對(duì)LED的影響,包括光衰和發(fā)熱的問題,我們

50、在做這種燈的時(shí)候因?yàn)長(zhǎng)ED的安裝密度比較高,熱量不容易散出,LED的溫度對(duì)光衰和壽命影響很大,如果散熱不好很容易產(chǎn)生光衰,因?yàn)長(zhǎng)ED的特性是溫度升高電流就會(huì)增大,所以一般在做大功率照明時(shí)散熱的問題是最重要的,將影響到LED的穩(wěn)定性,小功率一般都采取自散熱方式,所以在電路設(shè)計(jì)時(shí)電流不宜過大.圖中R1是保護(hù)電阻,R2是電容C1的卸放電阻,R3是限流電阻防止電壓升高和溫度升高LED的電流增大,C2是濾波電容,實(shí)際在LED電路中可以不用濾波電路

51、,C2是用來防止開燈時(shí)的沖擊電流對(duì)LED的損害,開燈的瞬間因?yàn)镃1的存在會(huì)有一個(gè)很大的充電電流,該電流流過LED將會(huì)對(duì)LED產(chǎn)生損傷,有了C2的介入,開燈的充電電流完全被C2吸收起到了開燈防沖擊保護(hù).該電路是小功率燈杯最實(shí)用的電路,占用體積小可以方便的裝在空間較小的燈杯里,現(xiàn)</p><p><b>　　3.3 材料組裝</b></p><p>　　組裝：先組裝方形電

52、路板 按照電路板上的位置把電阻、電容插上 用電烙鐵焊接（注意不要有虛焊） 然后用偏口鉗剪掉多余的引腳。如下圖3.3.1 上面2根線接往燈口 下面2根線接往圓形電路板（紅正 黑負(fù)）。圓形電路板上有陰影的小半圓是二極管的正極</p><p>　　圖3.3.1 圖3.3.2</p><p>　　圖3.3.3

53、 圖3.3.4</p><p><b>　　3.4調(diào)試 檢查</b></p><p>　　1 檢查二極管的正負(fù)有沒有反接 。</p><p>　　2檢查二極管、電容、電阻有沒有虛焊（所有的二極管都是串聯(lián)在電路中的）。</p><p><b>　　3組裝 插電調(diào)試。</b></p&g

54、t;<p>　　4 LED照明存在的問題</p><p>　　1、LED色差問題 </p><p>　　單個(gè)LED的應(yīng)用,基本上不存在色差問題,但如果將眾多的LED一起投入使用或者說一個(gè)燈同時(shí)具有多個(gè)LED,則色差問題便突出來了.先說一組燈具,如果一眼看出燈光的顏色不一致,我想愉快的心情便要打一個(gè)折扣.雖然象LUXEON一樣將LED按色溫分成八大軍區(qū),然后在每個(gè)軍區(qū)中右分幾個(gè)

55、小區(qū),在一定的程度上將大范圍的色差進(jìn)行了控制,但同一色區(qū)同一批LED中仍然存在差異,而這差異仍逃不了肉眼的挑釁. </p><p>　　2、LED絕緣問題 </p><p>　　(這里所說的絕緣指散熱基板對(duì)LED的正負(fù)極而言)不敢說我們是最先發(fā)現(xiàn)LED的絕緣問題,但至少大牌廠商對(duì)我們的質(zhì)疑感到驚呀.到目前為至仍未解決根本問題,只是采取彌補(bǔ)措施,如用鋁基板來處理絕緣(最初的鋁基板并未做絕緣,

56、現(xiàn)在幾乎都做到了)可能大家覺得不可理解.單個(gè)LED不絕緣,影響不大,多顆串聯(lián)時(shí)就有問題. </p><p>　　3、LED抗脈沖問題 </p><p>　　這個(gè)問題與廠商尚有爭(zhēng)議,在我的實(shí)際應(yīng)用中確實(shí)存在,主要反應(yīng)在冷脈沖上,即上電瞬間,少數(shù)LED在冷態(tài)上電的瞬間即擊穿或斷開.我認(rèn)為不是靜電或高壓所致(開機(jī)電壓在范圍內(nèi)). </p><p>　　4、LED發(fā)光角度的

57、問題 </p><p>　　由于各個(gè)廠商的LED透鏡封裝不一樣即便是同一發(fā)光角度(標(biāo)稱角度),效果也不一樣,使得聚光罩的選取難上加難,仍至不能通用. </p><p>　　5、LED潛在致盲的隱患 </p><p>　　LED發(fā)光點(diǎn)過于集中使得中心點(diǎn)亮度超強(qiáng),這樣很容易傷到人的眼睛,雖然部分燈飾生產(chǎn)廠商在這方面做努力,但由于法規(guī)的滯后,也只能是為人的道德問題. &l

58、t;/p><p>　　6、LED發(fā)熱問題 </p><p>　　理論上講,LED不怎么發(fā)熱,但由于目前技術(shù)的不成熟,LED發(fā)熱以是眾所周知,我不想多說. </p><p>　　7、LED效率偏低(發(fā)光率) </p><p>　　目前LED的電轉(zhuǎn)換效率實(shí)在太低(由于沒有儀器測(cè)試,不敢給出具體數(shù)據(jù)). </p><p>　　8

59、、LED亮度不足 </p><p>　　亮度不足,使得目前LED在照明行業(yè)中只能充當(dāng)配角,主要用于裝飾. </p><p>　　9、LED光衰及壽命 </p><p>　　目前內(nèi)地或臺(tái)商所產(chǎn)LED光衰及壽命問題比較嚴(yán)重,先不多說,大牌廠商如LUXEON標(biāo)稱10萬小時(shí),恐怕也只有他們自已心理清楚,加上散熱解決的好壞,驅(qū)動(dòng)器方面的匹配都有可能影響LED的光衰及壽命,所以

60、10萬小時(shí)也只是一個(gè)賣點(diǎn)而以! </p><p>　　10、LED驅(qū)動(dòng)電源的問題 </p><p>　　目前大部分驅(qū)動(dòng)線路都是從開關(guān)電源借用而來,當(dāng)然也有極小數(shù)線路是專門用于LED的驅(qū)動(dòng),但效果基本一樣,由于LED須要直流驅(qū)動(dòng),采取恒流控制,使得驅(qū)動(dòng)線路相當(dāng)龐大,無法與電子變壓器相提并論,而且效率也比較低,達(dá)到80%以算不錯(cuò)(單顆還達(dá)不到).另外,廠商為追求適用性,宣稱一個(gè)驅(qū)動(dòng)器能帶十來顆

61、隨便接(一顆,二顆,.....都可以),其實(shí)這是一種誤區(qū), 雖然是恒流,過高的起始電壓往往會(huì)將LED致死于瞬間. </p><p>　　11、LED造型受限 </p><p>　　由于LED單面發(fā)光的特性,使得LED燈具的造型受到一定的限制. </p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ)</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)是在

62、xx老師的悉心指導(dǎo)下完成的。在完成本次設(shè)計(jì)的過程中，吳老師給予了很多的幫助，并提供了很多與該設(shè)計(jì)相關(guān)的重要信息，培養(yǎng)了我們對(duì)科學(xué)研究的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度和創(chuàng)新精神。這將非常有利于我們今后的學(xué)習(xí)和工作。在此表示衷心的感謝。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] LED照明推薦協(xié)會(huì), 《LED照明設(shè)計(jì)與應(yīng)用》.北京： 科學(xué)出版社, 2009.&l