淺析超高亮LED的驅動(dòng)功能與應用

作者：時(shí)間：2011-05-23 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )

加入技術(shù)交流群
- 掃碼加入
  和技術(shù)大咖面對面交流
  海量資料庫查詢(xún)

引言

發(fā)光二極管(Light Emitting Diode,LED)發(fā)明于20世紀60年代,它是利用半導體材料中的電子和空穴相互結合并釋放出能量,使得能量帶(Energy Gat,)位階改變,以發(fā)光顯示其所釋放出的能量.LED具有體積小、壽命長(cháng)、驅動(dòng)電壓低、耗電量低、反應速率快、耐震性佳等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應用于信號指示、數碼顯示等領(lǐng)域.隨著(zhù)技術(shù)的不斷進(jìn)步,超高亮LED的研制得到了成功,尤其是白光LED的研制成功,使得它越來(lái)越多地用在彩燈裝飾、甚至照明領(lǐng)域.

1、超高亮LED的特點(diǎn)

與傳統的照明燈相比,超高亮LED具有如下優(yōu)點(diǎn):

1)壽命長(cháng),可靠耐用,維護費用極為低廉LED可連續使用105h,比普通白熾燈泡長(cháng)100倍;

2)高效率現在已經(jīng)可以達到201m/w．預計到2005年將達到501m/W[1],LED)的光譜幾乎全部集中于可見(jiàn)光頻段,其發(fā)光效率可達80%~90%,LED比節能燈還要節能1/4;

3)色彩鮮艷,光色單純以12英寸的紅色交通信號燈為例,它采用低光效的140W白熾燈作為光源,所產(chǎn)生的2000lm的白光經(jīng)紅色濾光片后,光損失90%,只剩下2001m的紅光,而在Lumileds Lighting公司采用18個(gè)紅色LED光源設計的燈中,包括電路損失在內,僅耗電14W,即可產(chǎn)生同樣的光效;

4)點(diǎn)亮速度快汽車(chē)信號燈是LED光源應用的一個(gè)重要領(lǐng)域,由于LED響應速度快(ns級),在汽車(chē)上安裝高位LED剎車(chē)燈,可以減少汽車(chē)追尾事故的發(fā)生.

盡管超高亮LED具有許多優(yōu)點(diǎn),但目前仍存在下述缺點(diǎn):

1)功率低市面上的單體LED功率一般在5W以下,還沒(méi)有出現更大功率的LED,這是目前LED難以成為照明首選的最大瓶頸;

2)需要嚴格控制溫度 LED是一種半導體材料,與普通二極管一樣具有PN結,由于高亮二極管的功率相對比較大,所以與功率半導體器件相同,需要考慮散熱問(wèn)題,結溫過(guò)高會(huì )直接影響LED的壽命,并且會(huì )增大LED的光衰,情況嚴重的會(huì )將LED燒壞;

3)價(jià)格高除了功率低,價(jià)格是LED難以成為照明的主要因素,雖然LED目前已被大多數人認識,也被多數人看好,但其高昂的價(jià)格難以被消費者接受.

2、超高亮LED的特性

HPWA-xH00是Lumileds Lighting公司的一種超高亮LED,本文以它為例分析超高亮LED的特性.圖1為正向壓降(VF)和正向電流的(IF)關(guān)系曲線(xiàn),由曲線(xiàn)可知,當正向電壓超過(guò)某個(gè)閾值(約2V),即通常所說(shuō)的導通電壓之后,可近似認為,IF與VF成正比.表1是當前主要超高亮LED的電氣特性.由表1可知,當前超高亮LED的最高IF可達1A,而VF通常為3~4V.

淺析超高亮LED的驅動(dòng)功能與應用

由于LED的光特性通常都描述為電流的函數,而不是電壓的函數,光通量(φV)與IF的關(guān)系曲線(xiàn)如圖2所示,因此,采用恒流源驅動(dòng)可以更好地控制亮度.此外,由表1可知LED的正向壓降變化范圍比較大(最大可達1V以上),而由圖1中的VF-IF曲線(xiàn)可知,VF的微小變化會(huì )引起較大的,IF變化,從而引起亮度的較大變化.所以,采用恒壓源驅動(dòng)不能保證LED亮度的一致性,并且影響LED的可靠性、壽命和光衰.因此,超高亮LED通常采用恒流源驅動(dòng).
淺析超高亮LED的驅動(dòng)功能與應用

圖3是HPWA-xH00 LED的溫度與光通量(φV)關(guān)系曲線(xiàn),由圖3可知光通量與溫度成反比,85℃時(shí)的光通量是25℃時(shí)的一半,而一40℃時(shí)光輸出是25℃時(shí)的1．8倍.溫度的變化對LFD的波長(cháng)也有一定的影響,因此,良好的散熱是LED保持恒定亮度的保證.

3 超高亮LED的驅動(dòng)電路
由于受到LED功率水平的限制,通常需同時(shí)驅動(dòng)多個(gè)LED以滿(mǎn)足亮度需求,因此,需要專(zhuān)門(mén)的驅動(dòng)電路來(lái)點(diǎn)亮LED.下面簡(jiǎn)要介紹LED驅動(dòng)的主要電路.

3．1 阻限流電路
如圖4所示,電阻限流驅動(dòng)電路是最簡(jiǎn)單的驅動(dòng)電路,限流電阻按式(1)計算.

式中:Vin為電路的輸入電壓:
VF為IED的正向電流;
VF為L(cháng)ED在正向電流為,IF時(shí)的壓降;
VD為防反二極管的壓降(可選);
y為每串LED的數目;
x為并聯(lián)LED的串數.
由圖1可得LED的線(xiàn)性化數學(xué)模型為

式中:Vo為單個(gè)LED的開(kāi)通壓降;
Rs為單個(gè)LED的線(xiàn)性化等效串聯(lián)電阻.
則式(1)限流電阻的計算可寫(xiě)為

當電阻選定后,電阻限流電路的IF與VF的關(guān)系為

由式(4)可知電阻限流電路簡(jiǎn)單,但是,在輸入電壓波動(dòng)時(shí),通過(guò)LED的電流也會(huì )跟隨變化,因此調節性能差.另外,由于電阻R的接人損失的功率為xRIF,因此效率低.

3．2線(xiàn)性調節器

線(xiàn)性調節器的核心是利用工作于線(xiàn)性區的功率三極管或MOSFFET作為一動(dòng)態(tài)可調電阻來(lái)控制負載.線(xiàn)性調節器有并聯(lián)型和串聯(lián)型兩種.

圖5(a)所示為并聯(lián)型線(xiàn)性調節器又稱(chēng)為分流調節器(圖中僅畫(huà)出了一個(gè)LED,實(shí)際上負載可以是多個(gè)LED串聯(lián),下同),它與LED并聯(lián),當輸入電壓增大或者LED)減少時(shí),通過(guò)分流調節器的電流將

新聞中心

淺析超高亮LED的驅動(dòng)功能與應用

評論

相關(guān)推薦

技術(shù)專(zhuān)區