高亮度LED綜述

　　1 LED的發(fā)展

　　從1907年人們發(fā)現(xiàn)了半導(dǎo)體材料通電后可以發(fā)光現(xiàn)象到現(xiàn)今的高亮度的LED燈使用。LED照明技術(shù)高速發(fā)展，給人們生活帶來了巨大變遷，下面簡介LED的發(fā)展。

　?。?1）單色光LED的種類及其發(fā)展歷史。最早使用GaAsP材料應(yīng)用半導(dǎo)體P-N結(jié)發(fā)光原理制成的LED光源是20世紀60年代初。只能發(fā)紅光，到70年代中期，LED發(fā)展到綠光、黃光和橙光。80年代初，發(fā)光亮度大大增強。

　?。?）復(fù)合光LED的發(fā)展。LED的從紅光LED到藍光LED以及白光LED經(jīng)過了三個階段，紅光及綠光都是單色LED.

　　1996年白光LED出現(xiàn)，1998年正式推向市場，標志了復(fù)合光白光LED的運用，也為LED照明的發(fā)展推到嶄新的起點。

　?。?）白光LED的高速發(fā)展。隨著技術(shù)的不斷進步，近年來白光LED的發(fā)展相當(dāng)迅速，白光LED的發(fā)光效率大大超過白熾燈，在高亮度的LED也運用于汽車遠光燈等需要高亮度的場合。

　　2 高亮度LED的應(yīng)用

　　高亮度LED以長壽命、抗震、高效、對光源良好的控制能力等優(yōu)點，在高亮LED普遍應(yīng)用于各個領(lǐng)域，比如：汽車電子、交通信號燈、背光源、建筑照明、裝飾等。隨著亮度的增加、價格降低，超高亮LED得到了高速發(fā)展。作為新型高效固體光源，LED的潛力巨大，是照明史上繼白熾燈、熒光燈之后的又一飛躍，引發(fā)了第三次照明革命，其經(jīng)濟效益和社會意義巨大。相信LE照明以其獨特的魅力，必將在不遠的將來走入千家萬戶，全面取代傳統(tǒng)照明。特別是在汽車電子領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，如汽車儀表盤、尾燈、指示燈、高位剎車燈、倒車燈及車內(nèi)照明等。

　　3 高亮度LED的發(fā)光原理

　　LED的本質(zhì)是PN結(jié)，其端電壓具有一定勢壘，對LED施加正向電壓，勢壘下降，P區(qū)和N區(qū)的多子互相擴散，而空穴比電子的遷移率小得多，所以大量電子向P區(qū)擴散，對P區(qū)的少子注入。價帶上的空穴與電子復(fù)合，得到的能量以光能的形式釋放。這就是LED的發(fā)光原理。

　　4 高亮度LED燈驅(qū)動電路

　　LED驅(qū)動器供電可以將其分成直流-直流和交流-直流兩類。直流-直流驅(qū)動器通常由電池、蓄電池或穩(wěn)壓電源供電，用于便攜式產(chǎn)品；而礦燈、汽車等設(shè)備交流-直流驅(qū)動器直接由市電供電，現(xiàn)階段主要用于裝飾、景觀等照明LED燈。圖1顯示的是LED驅(qū)動器的基本工作電路示意圖。

圖1 LED驅(qū)動器的基本工作電路示意圖

　　（1）電荷泵電路。電容式電荷泵通過開關(guān)陣列和振蕩器、邏輯電路、比較控制器實現(xiàn)電壓變換，電荷泵電路可以組成升壓式或降壓式結(jié)構(gòu)。由于電容式開關(guān)變換電路主要采用電容來儲存和傳遞能量，其輸出電壓范圍有限，且只能按級別階躍跳變，效率也不高，適用于小功率場合。

　　（2）電感式直流-直流電路。電感式DC-DC開關(guān)變換電路是能量變換中效率最高的一種結(jié)構(gòu)，可達75%以上，特別適用于大功率LED的驅(qū)動電路。主要依靠兩種電路結(jié)構(gòu)間的開關(guān)高速切換，將能量在各器件間存儲和轉(zhuǎn)移得到所需輸出，有著很高的效率。

　?。?）工頻變壓器降壓交流-直流電路電路由工頻變壓器、橋式整流器和輸出濾波電容組成。這種電路結(jié)構(gòu)比較簡單，但體積較大，輸出能力不穩(wěn)定，可串入線性穩(wěn)壓或者穩(wěn)流器，可提供約±5%的電壓或電流調(diào)整率，但會降低驅(qū)動器效率。

　?。?）電容降壓電路。這種電路結(jié)構(gòu)也比較簡單，電流穩(wěn)定度也比較好。但交流電容體積還是很大，不適合大電流的LED驅(qū)動，效率也不高。

　　（5）RCC驅(qū)動電路。RCC電路是工作在變頻的臨界電感電流控制模式，控制電路不需要集成控制芯片。除了上述幾種電路，還有單片開關(guān)電路、Buck降壓驅(qū)動電路等電路可供選擇。

　?。?）調(diào)光方式。對于高亮度LED驅(qū)動電源來說，為做到節(jié)約環(huán)保，調(diào)光是重要的功能。常見的LED調(diào)光方式有兩種：模擬調(diào)光和PWM調(diào)光。模擬調(diào)光是控制流經(jīng)LED串的電流量。這有可能導(dǎo)致LED串的電壓下降，造成輕微的色差。

　　PWM調(diào)光方法是在大于200Hz的某些頻率下以0%到100%的不同的導(dǎo)通時間百分比機占空比）導(dǎo)通和關(guān)斷LED.在導(dǎo)通期間LED滿電流工作，而在管段期間LED上沒有電流流過。這就保證了色彩的一致性。PWM調(diào)光是未來的趨勢。

　　5 LED燈注意事項

　　雖然LED的優(yōu)點很多，但是也有自身的劣勢。由于LED沒有紅外及紫外輻射，其消耗的能量除轉(zhuǎn)換為光能外，幾乎都是熱能，且只能以熱傳導(dǎo)的形式傳出。如果讓LED長期工作在較高的溫度下，其壽命將大打折扣，甚至有燒毀的危險。又由于LED亮度與電流成正比，與溫度成反比。當(dāng)LED因散熱不利而導(dǎo)致LED溫度升高時，將嚴重影響LED光線亮度。因此，在LED一定要考慮散熱問題。

　　LED是一種使用壽命極長的光源（可長達5萬小時），需要為LED提供適當(dāng)?shù)谋Ｗo，因為偶爾LED也會失效，如因局部的組裝缺陷或因瞬態(tài)現(xiàn)象等可能導(dǎo)致失效。必須對這些可能的失效提供預(yù)防措施。

　　6 高亮度LED燈發(fā)展前景

　　LED的省電效能已經(jīng)取代了傳統(tǒng)照明。而RGB高亮度LED更被視為最具潛力的熱門應(yīng)用，也因此讓LED驅(qū)動IC產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，也對LED驅(qū)動器IC設(shè)計提出具體要求。首先，要大幅提高LED方案的總體效率，降低能源需求。其次，必須提供比白熾燈更高的性能優(yōu)勢。如在工業(yè)應(yīng)用中，包括從大功率內(nèi)部、外部照明到驅(qū)動激光二極管以切割和原材料成形的各種應(yīng)用。所有這些應(yīng)用都需要大幅降低所需的電力，但是又需要非常具體的性能改進。