高亮度LED綜述

　　1 LED的發(fā)展

　　從1907年人們發(fā)現(xiàn)了半導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材料應用半導體P-N結發(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，標志了復合光白光LED的運用，也為LED照明的發(fā)展推到嶄新的起點。

　　（3）白光LED的高速發(fā)展。隨著技術的不斷進步，近年來白光LED的發(fā)展相當迅速，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普遍應用于各個領域，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域的廣泛應用，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，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燈驅動電路

　　LED驅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、汽車等設備交流-直流驅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驅動器的基本工作電路示意圖。

圖1 LED驅動器的基本工作電路示意圖

　?。?）電荷泵電路。電容式電荷泵通過開關陣列和振蕩器、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構。由于電容式開關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。

　?。?）電感式直流-直流電路。電感式DC-DC開關變換電路是能量變換中效率最高的一種結構，可達75%以上，特別適用于大功率LED的驅動電路。主要依靠兩種電路結構間的開關高速切換，將能量在各器件間存儲和轉移得到所需輸出，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。這種電路結構比較簡單，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，但會降低驅動器效率。

　?。?）電容降壓電路。這種電路結構也比較簡單，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驅動，效率也不高。

　　（5）RCC驅動電路。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，還有單片開關電路、Buck降壓驅動電路等電路可供選擇。

　　（6）調(diào)光方式。對于高亮度LED驅動電源來說，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%的不同的導通時間百分比機占空比）導通和關斷LED.在導通期間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，其消耗的能量除轉換為光能外，幾乎都是熱能，且只能以熱傳導的形式傳出。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LED因散熱不利而導致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?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)象等可能導致失效。必須對這些可能的失效提供預防措施。

　　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用，也因此讓LED驅動IC產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，也對LED驅動器IC設計提出具體要求。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)應用中，包括從大功率內(nèi)部、外部照明到驅動激光二極管以切割和原材料成形的各種應用。所有這些應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。