LED光源在工程應(yīng)用中的一些常識(shí)

1、LED 光源在工程應(yīng)用中的一些常識(shí)珠海市南宇星電子有限公司林少芝一、關(guān)于 LED 光源應(yīng)用的簡(jiǎn)介：LED 照明行業(yè)是一個(gè)新興的行業(yè)，它以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)深受人們的青睞。如今在光電工程中，提高光效，節(jié)約能源和高可靠性已經(jīng)成為人們共同追求的目的。我們?cè)谟懻摵褪褂?LED 光源時(shí)，都會(huì)想到 LED 的壽命長(zhǎng)、節(jié)約能源、亮度高等特點(diǎn)。也正是因?yàn)槿绱?LED 光源才倍受歡迎。 LED 光源雖有以上優(yōu)點(diǎn)，卻并不如人們所說的那么神奇。只有給其配上合適、高效的 LED 電源、合理的電路設(shè)計(jì)、完善的防靜電措施、正確的安裝工藝才能充分發(fā)揮和利用 LED 光源的以上優(yōu)點(diǎn)。下面我就 LED 光源在工程應(yīng)用中的一些常識(shí)做簡(jiǎn)

2、單的介紹， 供大家參考。二、 LED 壽命的理解LED 的使用壽命，一般認(rèn)為在理想狀態(tài)下有 10 萬小時(shí)。實(shí)際在使用過程中其光強(qiáng)會(huì)隨使用時(shí)間的推移逐漸衰減， 即電能轉(zhuǎn)化為光能的效率逐漸降低。 我們能真正使用的有效光強(qiáng)范圍應(yīng)在其衰減到初始光強(qiáng)的 70%以上時(shí)，壽命是否可以定義為光效逐漸降低至 70%的時(shí)間段。目前還沒有明確的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)用來衡量。 而且 LED 的使用壽命與其芯片的質(zhì)量和封裝技術(shù)、 工藝直接相關(guān)， 據(jù)某 LED 封裝廠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)有些芯片在 20mA 條件下連續(xù)點(diǎn)亮 4000 小時(shí)后其光亮度衰減已達(dá)50%。但是隨著技術(shù)、工藝的提高，光衰時(shí)間越來越緩慢，即壽命也越長(zhǎng)。三、 LED 的節(jié)能

3、及可靠性LED 是電流控制元件， 通過流過的電流， 直接將電能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽埽?故也稱光電轉(zhuǎn)換器。因其不存在摩擦損耗和機(jī)械損耗， 所以在節(jié)能方面比一般的光源的效率高，但是 LED 光源并不能像一般的普通光源一樣可以直接使用電網(wǎng)電壓，它必須配置一個(gè)電壓轉(zhuǎn)換裝置，提供滿足其額定的電壓、電流，才能正常使用，即 LED 專用電源。但是各種不同的 LED 電源其性能和轉(zhuǎn)換效率各不相同，所以選擇合適、高效的 LED 專用電源，才能真正體現(xiàn) LED 光源高效特性。因?yàn)榈托实?LED 電源本身就需要消耗大量電能， 在配合 LED 的使用過程中根本就體現(xiàn)不出 LED 的高效節(jié)能特性。而且 LED 電源也必須是高可

4、靠性電源，才能使 LED 光源系統(tǒng)長(zhǎng)壽命。四、 LED 的基本特性及使用時(shí)的注意事項(xiàng)1光電特性：LED 在其電流極限參數(shù)范圍內(nèi)流過 LED 的電流越大，它的發(fā)光亮度越高。即 LED 的亮度與通過 LED 的電流成正比。但綠光和藍(lán)光及白光在大電流情況下會(huì)出現(xiàn)飽和現(xiàn)象， 不僅發(fā)光效率大幅降低， 而且使用壽命也會(huì)縮短。2 光學(xué)特性LED 按顏色分有紅、橙、黃、綠、藍(lán)、紫、白等多種顏色。按亮度分有普亮、高亮、超高亮等，同種芯片在不同的封裝方式下，它的亮度也不相同。按人的視覺可分為可見光和不可見光。按發(fā)光顏色的多少可分為單色、 雙色、七彩等多種類型。色彩的純度不同價(jià)格相差很大，現(xiàn)行的純白色LED價(jià)格特貴

5、。同時(shí)發(fā)光視角不同，光效亦不同，使用時(shí)特需注意。3 常見的LED電性能參數(shù)（ 1） LED正向電壓不同顏色的LED 在額定的正向電流條件下，有著各自不同的正向壓降值，紅、黃色： 1.82.5V 之間，綠色和藍(lán)色： 2.74.0V 之間。對(duì)于同種顏色的LED ，其正向壓降和光強(qiáng)也不是完全一致的。如下表：LED 型號(hào)： 54HCA波長(zhǎng)正向電壓 VF亮度發(fā)光顏色外觀顏色I(xiàn)F=20mAIv(mcd) D(nm)Min.Max.紅色水透明6456601.82.550300黃綠色水透明5705751.82.550300黃色水透明5855901.82.55005000藍(lán)色水透明4554752.74.0500

6、7000綠色水透明5155352.74.0200010000藍(lán)綠色水透明4905152.74.0200010000白色水透明-2.74.0300015000在同一電路中應(yīng)該盡量使用在額定電流條件下正向壓降值相同、 光強(qiáng)范圍小的 LED 。只有這樣才能保證 LED 的發(fā)光效果一致。 其具體的電性參數(shù)可依各封裝廠每包裝提供的產(chǎn)品分光參數(shù)標(biāo)簽值。 （有些公司每批分選都不一致）（2）LED 的額定工作電流LED 的額定電流各不相同，普通的 LED 電流一般為 20mA，大功率的 LED 電流一般為 40 mA 或 350 mA 不等。具體要按各封裝廠提供的電流參數(shù)值。一般 LED 在反向電壓： VR=

7、5V 的條件下，反向電流：IR10A 。（3）LED 的功率LED 功率的大小也各不相同，有70mW、 100mW、 1W、2W、 3W、5W 等，所以必須根據(jù)所選擇的 LED ，設(shè)計(jì)合理的使用電路和配置合適的 LED 數(shù)量，使其完全滿足 LED 電源的額定值，如果設(shè)計(jì)的電路使每個(gè) LED 分擔(dān)電壓或電流過高就會(huì)嚴(yán)重影響 LED 的使用壽命甚至燒毀 LED ，如果分擔(dān)的電壓或電流過低則激發(fā)的 LED 光強(qiáng)不夠，就不能充分發(fā)揮 LED 應(yīng)有的效果，達(dá)不到我們所期望的目的。4 溫度特性（1）LED 的焊接溫度應(yīng)在250以下， 焊接時(shí)間控制在35S 之間。要注意避免LED溫度過高從而使芯片受損。（2

8、）LED 的亮度輸出與溫度成反比，溫度不僅影響LED的亮度，也影響它的壽命。使用中盡量減少電路發(fā)熱，并做一定的散熱處理。5 防靜電特性LED 裝配過程中必須加強(qiáng)防靜電措施，因?yàn)椴僮鬟^程和人體本身都會(huì)產(chǎn)生靜電，對(duì)于雙電極的 LED 最易被靜電反向擊穿， 從而嚴(yán)重影響 LED 的使用壽命甚至使其完全報(bào)廢。如防靜電環(huán)境不是非常完善，可以給 LED 使用者增加防靜電腕帶，設(shè)置良好的防靜電接地系統(tǒng)，離子風(fēng)機(jī)等設(shè)備。五、 LED 連接電路的常見形式+R1 LED1 LED2LEDnDC串聯(lián)電路-1串聯(lián)：這種電路需要電源提供較高的電壓。V總=各 LED 的 VF 之和 =VF +VF +VF3+VF-+VF

9、N124I 總=單顆 LED 的 IF 值2并聯(lián)：這種電路需要電源能提供較高的電流。+123nV 總=單顆 LED 的 VFDCRRRR值I 總=各 LED 的 IF 之和 =IF1+IF2+IF3+IF4-+IF N-23LEDnLEDLED3串聯(lián) /并聯(lián)組合并聯(lián)電路a、在實(shí)際運(yùn)用中，負(fù)載常采用通過串并聯(lián)形成的LED 陣列；b、將 LED 連接成串聯(lián) /并聯(lián)組合的形式， 可大幅減低因少數(shù) LED 的 VF 不一致造成的影響；c、陣列形式或 LED 個(gè)數(shù)變化，限流電阻也應(yīng)相應(yīng)變化。d、串聯(lián) /并聯(lián)組合的形式會(huì)使輸出電流隨輸入電壓和環(huán)境溫度等因素而發(fā)生的變化更加顯著；+R1R2R3RnLEDaL

10、EDnDCLEDbLEDc-4為了能有效控制電路中的電流，須在電路中配置適當(dāng)?shù)南蘖麟娮琛=（V 輸入電壓 -VLED 總電壓） /I（流過限流電阻的電流）限流電阻的作用主要是控制 LED 的電流，使電壓更平滑，并使各并聯(lián)支路的亮度更均勻。限流電阻阻值大效果較好，但是限流電阻的取值也不能太大，否則會(huì)增加電能的損耗及元件溫度升高。六、電源的分類及特性1、按驅(qū)動(dòng)方式可分為兩大類：（1）恒流式：a、 恒流驅(qū)動(dòng)電路輸出的電流是恒定的，而輸出的直流電壓卻隨著負(fù)載阻值的大小不同在一定范圍內(nèi)變化，負(fù)載阻值小，輸出電壓就低，負(fù)載阻值越大，輸出電壓也就越高；b、 恒流電路不怕負(fù)載短路，但嚴(yán)禁負(fù)載完全開路。c、

11、恒流驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng) LED 是較為理想的，但相對(duì)而言價(jià)格較高。d、 應(yīng)注意所使用最大承受電流及電壓值，它限制了LED 的使用數(shù)量；（2）穩(wěn)壓式：a、 當(dāng)穩(wěn)壓電路中的各項(xiàng)參數(shù)確定以后，輸出的電壓是固定的，而輸出的電流卻隨著負(fù)載的增減而變化；b、 穩(wěn)壓電路不怕負(fù)載開路，但嚴(yán)禁負(fù)載完全短路。c、 以穩(wěn)壓驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)LED ，每串需要加上合適的電阻方可使每串LED 顯示亮度平均；1d、 亮度會(huì)受整流而來的電壓變化影響。2、按電路結(jié)構(gòu)方式分類234（1）電阻、電容降壓方式： 通過電容降壓，在閃動(dòng)使用時(shí)，由于充放電的作用，通過 LED 的瞬間電流極大，容易損壞芯片。易受電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響，電源效率低、可靠性

12、低。 （見圖一）1DR1R111C14T12D1242F14D1D1C1C1RLRLF1C2F1333圖一圖二52RLC1（2）電阻降壓方式： 通過電阻降壓，受電網(wǎng)電壓變化的干擾較大，不容易做成穩(wěn)壓電源， 降壓電阻要消耗很大部分的能量， 所以這種供1電方式電源效1F1率很低，而且系統(tǒng)的可靠也較低。 （見圖二）4D12T121D1C1Q1T1D1CF13R1（3）常規(guī)變壓器降壓方式： 電源體積小、重量偏重、電源效率也很低、一C23，所以一般很少用，可靠性不高。般只有D245%60%4C12RLD1Q2C4Q1C3C1Q13R3C2R234561231T142R12F1D1D11RLR1C1C1R

13、LC234242D1D1C1RLRLF1F1C233（4）電子變壓器降壓方式： 電源效率較低，電壓范圍也不寬，一般180240V，波紋干擾大。F11D2412T1D1F1C4D12C33C1Q1R1D1C1T13C2RLC43456Q1D2C4RLQ2C3電壓R1R3C2取樣11DR2C1T142F142D1D1RLC2（RL 5）RCC降壓方式開關(guān)電源： 穩(wěn)壓范圍C1比較寬、RL電源效率比較高，一般可F133B以做到70% 80%，應(yīng)用也1較廣。由于這種控制方式的振蕩頻率是不連續(xù)，F(xiàn)1開關(guān)頻率不容易控制，負(fù)載電壓波紋系數(shù)也比較大，異常負(fù)載適D2應(yīng)性差。4D121T1F112D23C22T1R

14、L4D132R1C1C3RLT1D13Q1R1R1C1D2RL11C4Q1DR1PWMC1電壓電壓控制取樣4D124D12取樣電壓R3C2R2R2取樣C1RLRLC2F13F13AD2（6）PWM 控制方式開關(guān)電源： 主要由四部分組成，輸入整流濾波部分、C2輸出整流濾波部分、 PWM 穩(wěn)壓控制部分、開關(guān)能量轉(zhuǎn)換部分。PWM 開關(guān)RL1Title穩(wěn)C壓的基本工作原理就是在輸入電壓、內(nèi)部參數(shù)及外接負(fù)載變化的情況下，F(xiàn)142SizeNu mber控制電路通過被1調(diào)節(jié)主電路開關(guān)3控制信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)的差值進(jìn)行2閉環(huán)反饋，BD1電 壓器件導(dǎo)通的脈沖寬度，3C1Q1T1D1（即相應(yīng)穩(wěn)壓電使得開關(guān)電源的輸出電

15、壓或電流穩(wěn)定取 樣C2Date:1 1-Nov -20 04File:C:Docu men ts and Setting sv3源或恒流電源）。電4源效率極高，一Q2般可以做到80%D25 90%C4，輸出RL電壓、電C3流穩(wěn)定。一般這種電路都有完善的保護(hù)措施，Title屬高可靠性電源。4C RLT1F1B1F14D1Sheet3 o f桌面OUT.DDBDrawnBy:6ARev2 iCSizeNu mberRev isio nBDate:1 1-Nov-20 04Sheeto fFile:C:Docum en ts and Settings v桌面OUT.DDB DrawnBy:34156

16、BF1D24D12T13C2RLR1C1Q1PWM電壓控制取樣R2A從以上介紹可以看出PWM 控制方式設(shè)計(jì)的 LED 電源是比較理想的LED 電源。目前珠海市南宇星電子公司生產(chǎn)的“金興”牌 LED 開關(guān)電源就是 PWM 控制技術(shù)的開關(guān)電源，該類 LED 電源經(jīng)用戶使用反映效果很好。七、工程中的簡(jiǎn)易計(jì)算方法1.由已知電源功率計(jì)算LED 的數(shù)量n =P 電源.(即取所得數(shù)據(jù)的整數(shù) ) （ 7-1）PLED= 整數(shù)例：額定輸出功率為10W 電源，使用額定的正向電流20mA ，耗散功率為70mW 條件下可配置多少個(gè)LED？依以上公式n =10W=. 142 個(gè)(即取所得數(shù)據(jù)的整數(shù) )2.0.07WLE

17、D 數(shù)對(duì)于恒壓驅(qū)動(dòng)方式：由已知的輸出電源電壓計(jì)算每支路串聯(lián)量及并聯(lián)支路數(shù)nV電源 .整數(shù)= VLED=1（ 1）計(jì)算每條支路的 LED 個(gè)數(shù) 公式：(最大值 )（ 2）計(jì)算并聯(lián)支路數(shù)公式 :支路數(shù) =n.整數(shù)n1=注：V LED 值依不同發(fā)光顏色各有不同，用穩(wěn)壓電源驅(qū)動(dòng)LED 時(shí)，為了控制電流，通常需要串聯(lián)電阻器。例：一個(gè)額定輸出電壓為 DC 24V,功率為 10W 電源，使用額定正向電流 20mA，耗散功率為 70mW 額定的正向電壓為 1.8V ?？膳渲枚嗌賯€(gè) LED 呢？10 組依以上公式可以得出+n1 =24V.(即取所得數(shù)據(jù)的整數(shù) )1.8V=14個(gè)支路數(shù)142.DC= 10組141

18、4即可以帶 10 組支路，每支路14 個(gè) LED 串聯(lián)構(gòu)成的電路，共140 個(gè) LED 。3.對(duì)于恒流驅(qū)動(dòng)方式：由已知的電源輸出電流及LED 的電流值計(jì)算出并聯(lián)支路數(shù)及每支路數(shù)量（ 1）計(jì)算并聯(lián)的支路數(shù)公式：2I 電源= 整數(shù)(最小值 )I LEDn =.（ 2）計(jì)算支路串接 LED 個(gè)數(shù) :個(gè)數(shù)=n.整數(shù)=n2注：其中 n 按（ 7-1）計(jì)算例：一個(gè)額定輸出電流為 DC 0.35A ，額定功率為 10W 電源，驅(qū)動(dòng)耗散功率為 70mW，正向電流為 0.02A 的 LED ，可怎樣配置？依以上公式可以得出17 組并聯(lián)支數(shù)路： n2 =0.35=. 17組+0.02(即取所得數(shù)據(jù)的整數(shù) ).DC142每支路串接數(shù)：個(gè)數(shù)8=8 個(gè)17即可以帶 17 組，每組 8 個(gè) LED 串接，共 136 個(gè) LED 。4.線路損耗及線路壓降的計(jì)算2V 電線=IRP電線=