1、題目系（院專業班級學生姓名學號指導教師職稱畢業設計（論文）用LED制作照明系統的研究與應用物理與電子科學系電子信息科學與技術2008級1班劉玉書2008080113薛華講師二O二年六月二十三日濱州學院本科畢業設計（論文） 獨創聲明本人鄭重聲明：所呈交的畢業設計（論文），是本人在指導老師的指導下，獨立進行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產權爭議。盡我所知，除文中已經注明引用的內容外，本設計（論文）不含任何其他個人或集體已經發表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體均已在文中以明確方式標明。本聲明的法律后果由本人承擔。作者簽名:二O二年六月二十三日畢業設計（論文）使用授權聲明

2、本人完全了解濱州學院關于收集、保存、使用畢業設計（論文）的規定。本人愿意按照學校要求提交學位論文的印刷本和電子版，同意學校保存學位論文的印刷本和電子版，或采用影印、數字化或其它復制手段保存設計（論文）；同意學校在不以營利為目的的前提下，建立目錄檢索與閱覽服務系統，公布設計（論文）的部分或全部內容，允許他人依法合理使用。（保密論文在解密后遵守此規定）作者簽名:二O二年六月二十三日摘要本設計就是以LED為核心，落腳于其照明系統的研究及應用。通過本設計認識LED的原理，并對LED的發展有個了解認識，除此，對LED的優勢也有大致的了解，還有其主要的特性和主要的參數等有個充分的了解認識。在LED基本的了

3、解下，研究和認識LED節能、封裝和散熱性能。通過分析國內外LED的發展和現狀，認識到白光LED將是未來的趨勢，所以了解高效率白光LED技術發展，掌握白光驅動電路技術，也是本文的重點。在對其原理、特性等了解認識的前提下，完成基本的簡單的白光LED驅動電路設計，以及簡單LED照明系統的制作。關鍵字：LED；主要特性；白光LED技術；驅動電路AbstractThisdesignistheLEDthecore,locateintheresearchandapplicationoflightingsystem.ThroughthedesignprincipleofknowLED,andLEDthedev

4、elopmentofaknowing,inadditiontothis,theadvantageofLEDalsohaveroughlyunderstanding,anditsmaincharacteristicsandthemainparametersofafullyunderstandtheunderstanding.IntheunderstandingofthebasicLED,thestudyandunderstandingLEDenergysaving,encapsulationandradiatingperformance.Throughtheanalysisofthedevelo

5、pmentandcurrentsituationofdomesticandforeignLED,knowtowhiteLEDwillbethetrendofthefuture,sogethighefficiencywhiteLEDtechnologydevelopment,graspthewhitelightdrivecircuittechnology,isalsothefocusofthispaper.Initsprinciple,characteristicsofknowing,underthepremiseofcompletebasicsimplewhiteLEDdrivecircuit

6、design,simpleandLEDlightingsystemproduction.Keywords：LED；keyproperty；WhiteLEDtechnologydrivercircuit目錄TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark10 引言1 HYPERLINK l bookmark12 第一章緒論1 HYPERLINK l bookmark14 1.1傳統照明技術1LED照明技術的簡要概述2 HYPERLINK l bookmark16 第二章照明用LED主要特性3 HYPERLINK l bookmark18 LED的電、光學特性3 HYPERLI

7、NK l bookmark20 LED的節能程度5 HYPERLINK l bookmark22 LED的散熱方式5 HYPERLINK l bookmark24 第三章照明用白光LED技術6 HYPERLINK l bookmark26 白光LED技術原理6 HYPERLINK l bookmark28 白光LED技術指標8 HYPERLINK l bookmark30 白光LED驅動電路技術8 HYPERLINK l bookmark32 第四章LED驅動電路12 HYPERLINK l bookmark34 LED的驅動器的要求12 HYPERLINK l bookmark36 LED驅

8、動電源設計12 HYPERLINK l bookmark38 第五章簡單LED照明燈的制作及應用13 HYPERLINK l bookmark40 第六章LED照明存在的問題15參考文獻15 HYPERLINK l bookmark44 結束語16濱州學院本科畢業設計（論文） 引言伴隨著人類社會的不斷發展，全球能源短缺已經成為我們全人類面臨的問題，同時，環境保護問題也成為我們人類面臨著的重要問題。在這種背景下，世界各國都在大力發展綠色節能照明。而，LED照明作為一種革命性的節能照明技術，正在飛速發展。所以，用LED的制作照明系統的研究與應用具有重要的意義。本文就是通過對“用LED制作照明系統的

9、研究與應用”，了解LED照明的發展。通過對“用LED制作照明系統的研究與應用”，了解、認識和掌握LED的主要特性和主要參數等。通過對LED主要特性和參數的了解認識，進一步研究和認識LED節能、封裝和散熱性能，掌握白光驅動電路技術，了解高效率白光LED技術發展。并在整個過程中，對LED節能照明的應用存在的問題，有進一步的了解和認識。通過對“用LED制作照明系統的研究與應用”，從而，了解、認識和掌握白光LED技術，完成基本的簡單的白光LED驅動電路的設計，以及簡單LED照明系統的制作。從實踐中，發現LED照明系統存在的問題。第一章緒論傳統照明技術，跟隨著人類的前進的腳步，不斷的發展著，歷經著一個又

10、一個的過程。隨著其發展，LED照明步入了照明的舞臺，這也就需要我們去了解和認識它。傳統照明技術伴隨著人類社會文明的不斷地進步和發展，照明技術也在迅速地發展著。在最初，人類遵循著“日出而作，日落而息”的生活。慢慢地，人類，開始采用火光照明，從而拓展了夜生活。在后來，人類開始使用植物油產生光，這樣，燭光和油燈開始傳承人類文明。盡管，它們在人類的歷史長河中點燃了漫漫歲月，可是，極低的發光效率和發光質量，只能讓他們塵封在歷史的博物館中。1878年12月18日，斯旺試制成功了第一只白熾電泡。而1879年愛迪生發明的白熾燈，卻成為人類進入現代文明的里程碑。它以碳棒作為燈絲，延長了白熾燈的壽命，這也是照明技

11、術的巨大改進。現代的鎢絲白熾燈，在1908年，由美國發明家庫利奇試制成功。發光體是用金屬鎢拉制的燈絲，這種材料最可貴的特點是其熔點很高，即在高溫下仍能保持固態。而后，日光燈的發明，和普遍使用，使白熾燈退出了，照明的歷史舞臺。日光燈是燈管里面裝入一些特殊的氣體，又在燈管的管壁上涂上熒光粉，通電之后由于放電而產生光。日光燈不含紅外線，所以它的光是很溫和的，不傷眼睛；因為不含有熱線，所以，日光燈使用起來較省電；除此，它也會發出許多美麗有色的光。發明的日光燈，是傳統照明技術發展的又一個大的進步，后來緊湊型日光燈的開發使其應用更為普遍，同時高壓氣體放電燈如水銀燈、金屬鹵素燈及鈉燈等的發明可在室外實現照明

12、，滿足了各方面的需要。目前用于照明的能源占了很大的比例，如果能在固體照明領域節省能源，則會對人類的節約能源作出巨大的貢獻。在我國，1921年，胡西園試制成國產的第一只長絲白熾燈，并于1923年成立亞浦耳燈泡廠。在1950年，胡西園主持生產出新中國第一批日光燈。胡西園，中國的電光源之父、中國的愛迪生、中國的燈泡大王。他為我國照明技術的發展，發揮了重要作用。而后，我國照明技術的發展，緊跟著國際照明發展的腳步，向、八、一rr前邁進。1.2LED照明技術的簡要概述對于LED照明技術來說，我們需要對LED有一個基本的了解認識。首先，我們需要對LED的構成和原理有一個大致的了解。其次，就是對其的發展的過程

13、，有個大概的了解。最后，就是對其優勢和光源特點的了解。LED是LightEmittingDiode的縮寫，屬于一種固態的半導體元器件。它能直接把電能轉化為光能。LED的主體是由p型半導體（在它里面空穴占主導地位）和n型半導體（主要是電子）組成的晶片，其中，p型半導體與n型半導體之間的過渡層，稱為p-n結（中間通常是1至5個周期的量子阱）。在某些PN結中，電子跳到空穴的時候，由于電子的能量多于空穴的容積，多出的那部分能量就以光的形式釋放出來，把電能直接轉換為光能。在PN結加反向電壓時，少數載流子難得以注入，所以，不發光。此利用注入式電致發光原理制作的二極管叫發光二極管，通稱LED。當今的照明光源

14、已經逐步由白熾燈發展到了日光燈，而隨之而來，照明的發展方向，將是白光LED。20世紀初，HenryJosephRound第一次在碳化硅里觀察到電致光現象。20世紀60年代初，應用半導體PN結發光源原理制成的LED問世。20世紀60年代末，在砷化鎵基體上使用磷化物出現了紅色發光二極管。20世紀70年代中期，出現了灰白綠光，之后出現黃色LED（雙層磷化鎵芯片）。到20世紀80年代的早期和中期，第一代的高亮度的LED誕生。接著到1994年藍色、綠色LED才研制成功。白色LED于1996年得以成功開發。伴隨著人們對半導體發光材料不斷地深入研究，LED制造工藝不斷地提升和進步，各種超高亮度LED取得了突

15、破性發展，在發光效率方面，它取得了飛躍性的提高，并且，在色度方面，也已經能夠實現可見光波段的所有顏色。其中，超高亮度白光LED的出現，也使LED應用領域進入高效率照明光源市場成為可能。LED照明的變革，正擴展著人們的照明觀念，體現著節能化、健康化、藝術化和人性化的發展趨勢。LED的優勢主要體現在一下幾個方面。第一，發光效率高，LED經過不斷的技術改良，它的發光效率，有了大幅的提升。第二，耗電低，LED作為一種低壓工作器件，在同等的亮度下，其耗電量是最低的，可大幅度的降低能量消耗。第三，使用壽命長，LED是一種導體固體發光器件。其采用固體冷光源和環氧樹脂封裝，所以，可承受高強度機械沖擊和震動，不

16、易破碎。第四，在環保方面，LED作為一種綠色光源，光譜中無紫外線、紅外線，熱量低、無頻閃，無輻射，并且，可廢棄物回收，無污染，不含汞、鈉元素，冷光源，可安全觸摸。對于LED光源來說，其主要的特點就是照明用LED光源的VF電壓較低。以低電壓和大電流驅動的功率LED光源，它的發光強度是決定于流過LED的電流的情況，電流過強或過弱都會致使LED發光強度的變化。所以，它的驅動需要的是恒流電源，進而，保障了大功率LED在使用中的安全性，最終的發光的強度取得的效果就會較為理想了。在LED的照明領域中，假如要讓節能性能和長壽命的優勢，得到比較好的體現，就需要選擇較好的LED的驅動集成電路，這也是問題的關鍵所

17、在。假如沒有恰當的驅動集成電路匹配，那么LED照明的優勢也將無法體現。第二章照明用LED主要特性本章就照明用LED的主要特性，進行簡要的介紹，進而，對其有一個了解認識。其中，主要包括LED的電、光學特性，節能程度和散熱方式。LED的電、光學特性LED作為一種使用化合物材料制成的PN結的光電器件，自身具有PN結結型器件的電學特性、光學特性。在LED的電學特性方面，I-V特性、C-V特性、最大允許功耗P以及響應時間都是其主要的參數。LED的伏安特性具有非線性和整流性質（單向導電性）。整流性質，是外加正偏壓表現為低接觸電阻（低電阻），反正成為高電阻。在伏安特性曲線方面來說，第一，正向死區主要要考慮到

18、開啟電壓；第二正向工作區，工作電流IF與外加電壓呈指數關系；第三，反向死區和反向擊穿區。以上，這些都反應了LED的相關的電學特性，闡釋了在照明的LED的電路中的電壓電流的要求。對于電容電壓特性來說，其PN結的面積是存在不同的，其結電容Cn+pf左右，且C-V特性是呈現二次的函數的關系。對于其允許的功耗來說，若流過LED的電流的量為If,且其的壓降為Vf時，則LED的功率的消耗是P=VfxIf。在LED進行工作時，如果外加偏壓、偏流一定，那么會促使PN結內的一部分載流子復合發光，一部分變為熱能，使節溫升高。若節溫為Tj,外部環境溫度為Ta，那么，在TTa時，LED內部的熱量會向外釋放，散發的熱量

19、表示為P=Kt匚二）。在響應時間方面，其表征某一顯示器跟蹤外部信息變化的快慢。響應時間，在使用角度上，即LED點亮與熄滅所延遲的時間。響應時間主要由載流子壽命、器件的結電容及電路阻抗來決定。并且，我們應認識到不同材料制得的LED,響應時間是不同的。在LED的光學特性方面，發光二極管有非可見光與可見光兩個系列，前者可用“輻射度”來量度其光學特性，后者可用“光度學”來量度。我們主要從以下幾個方面，對其有個初步和大概的了解和認識。第一，在發光法向光強及其角分布10方面。法向光強作為表征發光器件發光強弱的重要性能。LED大量應用要求采用圓柱與圓球封裝，因為凸透鏡本身的作用，所以，它有比較強的指向性。其

20、中，在法向方向的發光強度是最大的，它和水平方向的交角為90。當偏離的正方向的法線的角度不同的時候，光強也會不同。并且，發光的強度，也會因為封裝形狀的不同而不同。第二，在發光峰值波長及其光譜分布方面。LED的發光強度或光功率輸出隨波長的變化而不同。LED的光譜分布和制備使用的化合物半導體種類、性質以及PN結結構等有關，卻與器件的幾何形狀、封裝方式無關。第三，在光通量方面。光通量F是LED總光輸出的輻射能量的表征，其標志著器件性能的優劣。F是LED向各個方向發光的能量的和，工作電流和其直接相關。隨著電流增加，LED的光通量也增大。第四，在發光效率和視覺靈敏度方面。LED的流明效率（可見光發光效率）

21、是評價具有外封裝LED特性。LED的效率有內部效率（評價分析芯片優劣的特性）和外部效率。發光效率）LED光電最重要的特性是發光效率（發光量與輸出電能之比）。第五，在發光亮度方面。亮度是LED發光性能的重要參數，具有方向性。在某方向上發光體表面的亮度等于發光體表面上單位投射面積在單位立體角內所輻射的光通量，單位為cd/m2或Nit（尼特）。第六，在壽命方面。LED發光亮度，隨著長時間工作，出現光強或光亮度的衰減。器件老化程度與外加恒流源的大小有關。LED的節能程度到現在為止，LED作為照明燈具已經得到了飛躍性的發展，LED作為革命性的第三代照明光源，其作為新的綠色光源已得到了社會廣泛認可，其光效

22、好、響應快、穩定性好、應用便捷、成本低等優勢。伴隨著LED光源技術的不斷成熟，LED在許多的照明領域已經得到了應用。并且，LED照明燈具的高節能、長壽命、綠色環保等優越性已經獲得了普遍的公認。在高節能方面，LED是直流驅動而且，超低功耗電光功率轉換是非常的高。在相同的照明效果條件下，其光源節能率能達到80%左右。所以，全球在大力提倡節約能源和減少氣體排放的大環境條件下，支持LED照明產品，也已經成為大的方向。LED的散熱方式散熱問題是LED發展的關鍵，也是制作LED燈中需要重點解決的方面。LED作為固體冷光源，雖然，不會如同白熾燈一樣會有高溫問題，可是，其自身的耐溫能力還是較弱的，因此，應該把

23、LED工作時的熱量散發到空氣中去，以保障LED芯片處于安全的環境，只有如此，其才能夠切實的體現長壽命的優點。就LED的自身來說，它是高溫條件下生產出來的，具有耐溫能力。但是，在它的外殼與管芯間，卻存在著熱電阻，此熱電阻導致LED，在工作狀態的情況下，外殼與管芯間有溫差。LED，在早期，功率不高，發熱量有限，熱量問題并不大，所以封裝方式相比較簡單。但伴隨著LED的不斷發展，熱量問題也越來越凸顯，這樣其封裝技術也開始不斷的改善。以通過封裝技術的改善，來達到LED的節能。因此，我們應充分認識和了解，LED的散熱方式。LED的主要散熱方式是采用物理方式。而在物理散熱方面，就是兩種方式。其一，就是輻射；

24、其二，就是傳導和對流，對流作為空氣的流動，足以進行散熱了。散熱器與環境進行的熱量交換，也是LED的散熱形式。在LED工作時，熱量傳遞到散熱器，其就需要盡快地把熱量散發到周邊的環境中。在LED的散熱方面，在考慮其封裝的情況下，首先，我們需要認識到電路基板扮演的角色，明確，電路基板承載著LED模塊結構，并且起到將LED產生的熱量散發的責任。所以在LED的散熱方面，我們需要，在材料選擇方面，兼顧結構的前提下，進而，采用恰當的散熱方式，滿足LED照明系統的散熱要求。在傳統的LED功率不大，對散熱要求，不是很嚴格的時期，我們只需要運用一般的電子使用的銅箔印刷電路板，就可以滿足需求了。可是，伴隨著高功率L

25、ED的盛行，采用傳統的散熱方式，已經遠遠不能滿足人們對于散熱需求。所以，我們需要一種新的散熱方式，來取代傳統的單一的使用銅箔印刷電路板的散熱方式。所以，人們開始采用，將印刷電路板附在一金屬板上，一改善LED的傳熱途徑。另外，一種方法，就是采用以鋁板的基板表面為電路層，這樣，LED模塊就能夠直接將導線接合在其上。當然了，除了，金屬板的基板以外，為了高功率LED封裝基板本身，除了應該考慮散熱性以外，也應該考慮其材料的選用方面，以及芯片的熱膨脹系數和匹配問題。除了以上的方式，聚焦無風散熱，也是LED散熱的一種方式。我們應該認識到，LED的散熱組件和CPU的散熱是具有相似性的，他們都是由散熱片、熱管、

26、風扇和熱界面材料組成的氣冷模塊。隨著發光管生產技術的進步，大功率發光管內部的熱阻越來越低，再充分認識電功率和管芯與管殼溫差，以及考慮目前發光管管芯材料的耐溫水平，在綜合考慮，并在長期的實際的使用中。我們認識到：在半導體燈工作時，沒有必要的將溫度降得很低，卻要減小發光管外殼與燈體外殼間的熱電阻，在此種情況下，我們就能以較小的體積、成本來生產穩定工作的半導體燈。第三章照明用白光LED技術因為白光LED已經成為LED發展的必然，所以，本章主要就照明用白光LED技術的相關原理、技術指標以及驅動電源技術進行介紹。3.1白光LED技術原理LED作為“發光二極管”的簡稱，是由電致光的半導體的發光的器件。傳統

27、的LED多是發出綠光光或是紅光的，充當指示信號燈的作用。可是，伴隨光電技術的發展，以及全球能源問題的環境下，白光LED隨之而來，并且白光LED的發光效率也不斷的提高著。白色光是一種復合光，即就是由多種顏色混合而成的，一般是由二波長光或者三波長的光復合而來。對于白光LED來說，首先，我們需要認識到，發光二極管LED是半導體的PN結加正向電壓，使電子與空穴復合。在復合時，釋放的能量以光子的形式出現。根據半導體物理公式：入=1.24/Eg，其中入為波長，Eg為半導體材料導帶與價帶之間的禁帶寬度。所以，很顯然不同材料半導體的Eg不同，波長入不同,發光顏色就會不一樣。很明顯，一般的LED多為單顏色光。目

28、前，白光LED的兩種主要的發光形式：第一，采用日亞化學，用460納米波長的InGaN藍光晶粒涂上一層YAG熒光物質，并使用藍光LED照射此熒光物質；第二，就是以ZnSe為材料的白光LED。對于白光LED的特性來說，首先，白光LED沒有一個特定的波長，因此采用色坐標定義白光LED。于白光LED，其色坐標是隨著正向電流的增大，隨之發生變化的，從而，來使白光質量得到改變。所以，白光LED的工作電壓的變化就會使發光色彩發生改變（電壓的變化使工作電流發生了變化）。就不同的白光LED來說，電壓、電流特性也出現了差異。表1白光LED的種類及發光原理心片數激光源發光材料發光原理1藍光LEDInGaN、YAGI

29、nGaN的藍光和YAG的黃光的混合紫外LEDInGaN、熒光粉InGaN的紫外光來激發紅、綠、藍的基色的實現熒光粉發光2藍光LED、黃綠LEDInGaN、GaP把有補色的關系的兩種芯片在一起封裝3藍、綠、紅光LEDInGaN、AlInGaP把能發出三原色的三種小片在一起封裝4多種光色LEDInGa、NGaP、AlInGaP將遍布在可見光區的多種光芯片在一起封裝3.2白光LED技術指標對于白光LED自身來說，根據它的發光原理和LED的內部結構，其自身具有相應的技術指標的。對于白光LED的技術指標來說，它主要是以下的幾個方面，當然了這些是有不同于傳統的LED產品的。第一，在光通量方面。光通量是單位

30、時間光源發出的光能總和。光通量越大，光源發出的光也是越多的。對于照明的白光LED，我們希望其光通量達到lKlm。第二，在發光效率方面。發光效率，是消耗單位功率條件下輸出的光通量。現在的產品已經從15lm/W提高到了25lm/W,研究水平是32lm/W，最高已達了44.3lm/W。第三，在色溫方面。色溫是表示光源光色的尺度。一般色溫能將光源分為三種如表2。表23300k溫暖（帶紅的白色）暖白光3000k-5000k中間（白色）正白光5000k清涼型（帶藍的白色）冷白光第四，在穩定性方面，用于照明的白光LED的波長和光通量均要求保持穩定，可是它的穩定性程度需要按照場合的要求確定。第五，在光的分配方

31、面，她必須要均勻，且能夠得到有效控制，改變強度而不影響其壽命。第六，在品質因數方面。用品質因數FOM值可以比較不同實際價值。3.3白光LED驅動電路技術白光LED最為第四代電光源，已經成為照明領域的主流，所以，它的驅動電路技術也是關鍵之所在。驅動器能夠驅動的正向電壓的壓降為3.0-4.3V的白光LED，并且能夠依據需要來驅動串、并聯或串并聯的多個白光LED,以達到驅動電流的需求標準。針對于白光LED驅動電路技術，我們首先從驅動電路方向進行了解和認識。因此，我們需要了解白光LED的驅動器分類、常見的LED驅動電路。在此基礎之上，認識白光LED的封裝技術，并對白光LED的封裝和散熱問題進行了解認識

32、。最終對于白光LED的散熱問題的解決方法有個初步的大體的認識。分別采取了LED的串聯方式和并聯方式。對于LED的串聯方式來說，其是由電源提供了恒定的電流驅動。串聯方式保證了回路中通過LED的電流是一致的。但是如果串聯數量較多的LED也會給電路帶來風險。之于LED的并聯方式來說，上圖是采用了先串聯后并聯的方式，進而由電源來驅動電路。在驅動同等數量的LED的情況下，并聯方式是并不需要電源輸出很高的電壓。一般，依據供電電壓來看，白光LED驅動器的分為三類。第一，電壓一般是低于5V的電池供電，其驅動的是小功率或中功率的白光LED。其主要采用的是升壓式DC/DC變換器，或者就是升降壓式電荷泵變換器，少數

33、的是采用的LDO電路驅動器。第二，采用穩壓電源或蓄電池提供大于5V的電壓供電。其主要用在降壓式或升降壓式DC/DC變換器。第三，對直接采用由市電110V或220V的電壓供電的情況，其多用于驅動大功率的白光LED，是采用升壓式DC/DC變換器驅動電路。對于幾種常見的白光LED驅動電路，他們的特點是：白光LED的正向電壓是非常高的，且正向電壓本身是有一定的波動范圍限制的，在全開工作的情形之下，這會讓白光LED的耗電量變大，這也說明了電源電壓的變化會影響到白光LED的亮度。為了能夠使得白光LED可以穩定的工作，并且不會受電源電壓波動的影響，所以，應當使用專門驅動白光LED設計的DC/DC變換器。現在

34、，白光LED正快速取代著傳統的燈泡，成為背光照明單元主要發光組件。所以，我們需要了解認識白光LED背光照明單元的驅動原理與驅動電路的設計技巧。傳統的背光照明單元的白光LED是采用并聯驅動的。因為白光LED的電壓的自身有不同的波動范圍限制，所以，在相同的電阻下，會讓白光LED的亮度產生分布不均勻的現象。因為電壓波動引發白光LED亮度各不相同的時候，背光照明單元的光線產生照明不均的問題。盡管在電器特性相同情況下，能夠改善亮度不均問題，但是，在實際情況下，電器特性相同的白光LED是無法獲得的。為了能夠讓白光LED的通過電流一樣，就可采用串聯方式。在多個白光LED串聯時，應當等比例提高電壓。對于照明用

35、白光LED的封裝和散熱問題，它們的發展完善，伴隨著白光LED技術的不斷改善和提高。因此，對于白光LED的封裝和散熱問題的，是我們對于白光LED技術是非常之重要的。對于熱量耗散來說，其是功率型LED應用的前提。對于LED封裝技術來說，它多是建立于“分立器件封裝技術”上發展演變來的，但是，卻具有很大的特殊性。在一般情況之下，分立器件的管芯是在封裝體內密封著的，而封裝的主要作用就是保護好管芯與完成電氣的互連作用。可是，LED的封裝，卻需要完成輸出電信號，還應當起到保護管芯正常工作，輸出可見光的作用。其，不僅具有“電參數”，還有“光參數”的設計的技術的要求，是不能簡簡單單地把分立器件的封裝用在LED之

36、上的。在白光LED的封裝技術方面，首先，對于LED自身來說，PN結管芯是其核心發光部分。在注入PN結的少數載流子和多數載流子復合的時候，其就可以發出可見光。但是，在PN結區來說，其發出的光子是非定向的，所以，管芯產生的所有光不可能都釋放出來，而這些主要是由半導體的材料的質量、管芯的結構及幾何形狀、封裝的內部的結構與包封的材料來決定的。常規的5mm型的LED封裝是把邊長為0.25mm正方形的管芯粘結或燒結于引線架，而管芯的正極需要通過球形的接觸點和金絲，組成為內部引線，再與一條管腳相連。而它的負極則需要通過反射杯與引線架的另一管腳相連，后它的頂部使用環氧樹脂來包封。其中，反射杯的主要作用就是收集

37、管芯的側面和界面發出的光，向期望的方向角內發射。而對于把頂部包封環氧樹脂做成一定形狀來說，其具有的作用：第一，保護管芯等不受外界的侵蝕；第二，采用不同的形狀和材料性質，起透鏡或漫射透鏡功能，以來控制光的發散角；第三，就是將管芯的光出射效率提高。選擇不同的折射率的封裝材料和封裝的幾何形狀對于光子逸出效率產生的影響將會是不同的。對于發光強度的角分布來說，其也和管芯的結構、光的輸出方式、封裝透鏡所使用的材質以及形狀有關系的。在幾何形狀這方面，如果樹脂透鏡采用尖形的，它就可以使釋放的光集中在LED的軸線方向，而其，相應視角是較小；假如頂部的樹脂透鏡為圓形或平面型，其相應視角將增大。隨著大功率白光LED

38、封裝技術的發展，通過采用大芯片進行封裝，將工作電流增大，提高其功率，這樣的封裝也會使輻射視角較寬，這樣白光LED的光效率也會很高。在其中，達到白光LED結點與插腳間的熱阻減小的目的，通過把封裝外殼做成扁平狀和縮短節點與插腳間的距離，以來縮短傳輸的距離。與此同時，因為引線的支架的直徑更大，引腳增大，并且采用熱傳導性能比較好的來材料制作，從而，使熱量更快的散發。對于取光效率來說，散熱問題及解決散熱技術是影響其的重要要素。對于發光二極管的組成結構PN結來說，在正向電流流過PN結時，PN結就會有發熱損耗，這些熱量會經由粘結膠、灌封材料、熱沉等，輻射到空氣，而在整個過程中，每一部分材料都會有阻止熱流的熱

39、阻抗。熱阻抗是由器件的尺寸、結構及材料所決定的固定值。因為PN結的結溫的上升導致PN結的發光的復合的幾率降低，進而致使LED亮度也下降。同時，因為熱量的損耗會導致的溫升的增高，所以，發光二極管亮度會呈現出熱飽和現象。除此，在其他方面，PN結的結溫的上升，造成發光的峰值波長，會在長波的方向上產生漂移。對于LED的PN結來說，因為驅動電流一般都在幾百毫安左右，所以，其電流的密度是很大的，故而，LED的PN結的溫升是很顯然的。在某種程度上，這也說明了封裝和應用技術的發展改善，第一，有利于降低產品的熱阻；第二，可以盡快的將PN結產生的熱量得到散發；第三，可提高產品的飽和電流、發光效率、可靠性及壽命。本

40、小節，我們就是要對白光LED驅動電路技術的認識，我們主要是從常見的幾種白光驅動電路、白光LED的封裝以及白光LED的散熱問題幾個方面。在下面的一章中，我們將對LED驅動電路有一個整體的了解認識。第四章LED驅動電路對于LED的驅動電路來說，我們需要從整體到部分的了解認識。所以，第一，在整體上，我們需要了解認識LED的驅動器的要求，進而了解認識其各部分的參數和要求；第二，我們對于LED驅動電路的重要部分，進行重點的深入的研究學習。4.1LED驅動器的要求LED驅動器的基本要求決定于LED排列方式和LED光源規范。無論輸入和輸出電壓怎樣變化，其主要的功能就是在一定的工作條件下以限制流過LED的電流

41、。在LED照明的設計中，AC-DC電源轉換與恒流驅動兩部分可以采用分布式和整體式兩種配置。根據LED驅動器的不同的要求，我們可以采用恒定電壓、恒定電流或是恒流恒壓輸出工作。對于LED驅動器來說，因為驅動LED本身是存在著許多的挑戰，例如正向電壓會隨著溫度、電流的變化而變化；LED色點會隨著兩者的變化而漂移；多顆LED的排列方式問題。對于LED的排列方式，無論我們選擇哪一種，我們都需要采用極佳的相互匹配的LED的正向電壓。對于白光LED來說，其驅動器的主要要求：第一，其具有升降壓的功能，來滿足電池供電的要求；第二，具有高的功率轉換效率；第三，多個白光LED串聯，需要白光LED的電流相匹配，亮度均

42、勻；第三，其功耗低，靜態電流小及具有關閉控制功能；第四，其最大電流可設定，可以調節光的亮度；第五，具有完善的保護電路；第六，采用小尺寸封裝，并需要外圍的組件少且小，所占的印制板要面積小；第七，對其它電路，干擾影響小等要求。對于原始電源來說，其形式是多樣的，可是不管我們采用哪種電源，一般都不能直接用于向LED供電。這也就需要解決電源交換的問題。在這方面，一般采用以下四種驅動。4.2LED驅動電源設計對于LED驅動電源來說，其驅動方式主要有下表中的幾種方式。表3驅動方式適用市電壓驅動220V、50HZ的的交流市電經過電源變換裝置給LED供電中小型功率的LED高電壓驅動給LED供電的電壓值始終高于L

43、ED的管壓降，如5V,12V,24V的電源太陽能草坪燈、太陽能庭院燈、機動車的燈光系統過渡電壓驅動給LED供電的電源電壓值在LED管壓降附近變動，這個電壓值有時候略咼于LED管壓降，有時略低于LED管壓降礦井燈低電壓驅動低于LED正向導通壓降的電壓驅動LED,正常供電壓為0.8至1.65VLED手電筒、LED應急燈第一，低電壓驅動。低電壓驅動LED就是要把電壓提升到足以使LED導通的電壓值。對于LED這樣低功率照明器件，這是一種常見的使用情況。由于受單節電池容量的限制，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。第二，過渡電壓驅動。過渡電壓驅動LED電源變化電路既要解決升壓問題又

44、要解決降壓問題，為了配合一節鋰電池工作，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，其最高性價比的電路是反極性電荷汞式變換器。第三，高電壓驅動。因為高電壓的驅動一般是使用普通的蓄電池來供電的，故而，有可能會使用得到相對較大的功率，又因為，最好的電路的結構是采用的串聯的開關降壓電路，所以，降壓的問題是高電壓驅動的LED需要解決的，第四，市電壓驅動。對LED的照明來說，其是作為一種最具有價值的供電的方式。它也是半導體的照明普及，需要解決掉的問題。無論何種電源驅動技術，歸根到底對于LED照明而言只有恒壓和橫流的區別。采用恒壓設計會危害LED的未來。LED是需要橫流方式驅動工作的，但是目

45、前由于橫流方式限制達不到實際要求，而較多的使用恒壓方式設計。恒壓方式只是暫時的過渡，很快就會被橫流取代。第五章簡單LED照明燈的制作及應用本小節的內容，針對于簡單的LED照明燈的制作和應用。以下，是簡單LED照明燈的制作步驟和LED的廣泛應用的展開。對于簡單的LED照明燈的制作，首先采用下面的電路圖，并對電路圖進行了分析。此圖作為LED燈杯的實用電路圖,它需要220V的電源用來供電，所以是采用市電壓驅動電源來進行供電的方式。其中，220V交流電經過電容（C1）來降壓，接著，經過全橋整流，再通過電容C2濾波后，經過電阻R3,提供給串聯的38顆LED恒流電源。圖中的電阻R1是保護電阻，電阻R2是電

46、容C1的卸放電阻，電阻R3是限流電阻用于防止電壓的升高和溫度的升高以及電的流增大，電容C2是濾波電容，在實際的LED電路中是能夠不采用濾波電路的,電容C2是用于防止開啟燈的時候產生的沖擊電流導致LED的損害，因為在開啟燈的瞬間，電容C1的存在，會產生一個很大的充電電流，其流過LED時會對LED造成損傷。因為電容C2的介入,開啟燈的充電電流會完全被電容C2來吸收，從而，對開燈進行了防沖擊保護。這個電路作為小功率的燈杯來說，是最實用的電路。其占用的體積小，并且能夠方便的安裝于較小的空間中。其主要的優點有一下幾點：（1）恒流源；（2電源功耗小；（3）體積小；（4）經濟實用。可是在設計時，降壓電容需要

47、使用耐壓在400V以上的滌綸電容或CBB電容，濾波電容需要采用耐壓在250v以上的電容.所以，該電路適合于驅動20-40只20mA的LED.在對電路圖分析完畢以后，就需要材料的準備工作了。我們使用的材料有：白光的二極管、導線、電阻、電容、燈口、燈塑料外殼、圓形電路板和方形電路板。其中，我們還需要的工具有：電烙鐵、偏口鉗。在材料準備好了以后，我們的前期準備工作就算是完成了。接著我們就需要進行的是材料組裝。先組裝方形電路板，參考電路圖，按照電路板上電阻和電容的位置把他們插到正確的位置，接著使用電烙鐵將各個元件進行焊接，并使用偏口鉗剪掉那些多余的引腳。如下圖上面的兩根線接向燈口，而下面的兩根線接到圓

48、形電路板。在電路板焊接完以后，最后，我們就需要進行調試和檢查了。我們主要檢查的是：第一，二極管的正負有沒有反接。第二，檢查二極管、電容、電阻有沒有虛焊。第三，進行組裝和插電調試。對于LED來說，按它的發光顏色可以劃分為紅、橙、藍、綠光等。而依據其出光出是否摻雜散射劑、是否有色，各種顏色的LED又可以分為有色透明、無色透明、有色散射以及無色散射。由其發光管的出光面特征可以將其分為方燈、圓燈、面發光管、側向管等。而按照LED的結構可以把它分成全環氧包封、金屬底座環氧封裝、陶瓷底座環氧封裝及玻璃封裝等結構的LED。除此以外，根據LED的發光強度和工作電流可以將其分為高亮度LED和普通亮度的LED。無

49、論按照哪一種方式，對LED進行分類，我們都需要針對于LED自身的優勢，應用到我們的生活中。現在，LED的主要應用在包括以下幾個方面。第一，LED燈作為顯示屏和交通訊號顯示光源，被廣泛的使用在各種室內、戶外顯示屏,其可以分為單色顯示屏、三色顯示屏以及全色顯示屏。交通信號燈主要用超高亮度紅、綠、黃色LED。第二，因為LED的響應速度很快，能夠及時的提醒司機剎車，從而減少交通事故。在西方的發達國家,采用LED來制造的中央的后置高位的剎車燈，已經成為汽車的標準件。并且，美國HP公司，于1996年，推出的LED的汽車的尾燈的模組能夠隨意的來組合成各式的汽車的尾燈。除此以外，因為汽車儀表板和其他部分的各種

50、的照明部分的光源，也都能夠采用超高亮度發光燈來取代，所以，在汽車工業中，汽車用的各種照明用燈，在使用LED。第三，LED背光源，其中尤以高效側發光的背光源最為突出，如LED作為LCD背光源應用。其也早已經被廣泛的應用于各種電子產品中。并且，伴隨著便攜式的電子產品的小型化，LED本身作為背光源，其更加擁有優勢。現在背光源制作技術將向更薄型、低功耗和均勻一致方面發展。第四，在LED照明光源的早期，其產品的發光效率是比較低的，光強一般也僅僅能夠達到幾個至幾十個med，主要適用于室內的場合，例如在家電、通訊設備、微機和玩具等方面的應用。而，現在，LED光源已經開始替代白熾燈和熒光燈，使我們在照明方面，不斷的發展進步著。