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大功率LED及其应用


大功率 LED 及其应用
LED 从诞生至今以每 10 年亮度提高 30 倍,价格下降 10 倍的定律快速发展,正在突破大功率、 高光效、低成本三大瓶颈,不断驶入商用化的快车道。大功率高亮度白光 LED 目前实验室里已经达 到 100lm/w 的水平,接近 60lm/w 的大功率白光 LED 已进入商业化。在单色光方面,红光、黄光、蓝 光、绿光的光效也不断被刷新记录。

大功率的 LED 作为新型光源是掀开 LED 代替传统照明的先锋,它不但突破原有应用领域,引起更强 烈的关注,带给行业无限商机和遐想。 引言: 引言:大功率 LED 的特点及与其它光源的比较 大功率 LED 作为光源用于照明具有以下优点: 1、耗电量少:光效为 75lm/w 的 LED 较同等亮度的白炽灯耗电量减少 80%; 2、寿命长:产品寿命长达 5 万小时,24 小时连续点亮可用 7 年 3、纳秒级的响应速度,使亮度和色彩的动态控制变得容易:可实现色彩动态变化和数字化控制 4、设计空间大:可实现与建筑的有机融合,达到只见光不见灯的效果。 5、环保:无有害金属汞,无红外线和紫外线辐射。 6、颜色:不同波长产生不同彩色光,鲜艳饱和,无需滤光镜,可用红绿蓝三原色控制后形成各种不 同的颜色,可实现全彩渐变等各种变色效果。 白炽灯、5 毫米 LED 与 Luxeon 1W 大功率 LED 的寿命对比,大功率 LED 在寿命上有很大的优势,而 白炽灯以及其它一些传统光源在很多技术方面提升的空间已经很小了。

一、大功率 LED 在水下灯中的应用 随着城市建设步伐的加快,休闲广场和绿地公园成为了城市的亮点,代表着都市人渴望回归大自然 的心情。水代表了灵性,水景和喷泉是休闲广场和绿地公园不可或缺的一部分,对水下灯的需求量 相当庞大。目前彩色水下灯一般都是传统 PAR 灯,产生各种颜色需要外加滤光片,大大降低了发光 效率。通过对比可以看出,红、绿、蓝水下灯中,传统灯具总光通量是 LED 水下灯的 1~2 倍,LED 的封装技术决定了其光源发光的方向性非常强,加之 LED 光源体积非常小,并且能够配合各种角度 的光学透镜, 这些特性决定了传统水下灯消耗功率是 LED 水下灯的 13 倍以上, 由此可见 LED 水下灯

的节能效果是相当显著的。另外,LED 光谱分布情况决定了其色纯度和饱和度是传统 PAR 灯无法比 拟的,因此具有很强的竞争优势。 LED 的封装技术决定了其光源发光性非常强,如下图:

二、大功率 LED 在亚克力发光标识产品中的应用 亚克力发光标识作为霓虹灯的替代产品,在麦当劳、肯德鸡等众多国际知名企业的示范性作用下, 近两年在上海、北京、广州等大城市开始兴起,它们不仅克服了传统霓虹灯耗电量大、维修不便、 存在安全隐患及缺笔少画的缺点,发光体还具有色泽饱满、透光均匀的特点,同时立体效果的设计, 使标识不仅夜间晶莹剔透、光彩夺目、气质内敛,白天亦典雅端庄,气势豪迈,此二特点是霓虹灯 或金属字等难以比拟的。

(LED 灯串在压克力字中的应用案例) 三、LED 在现代幕墙类建筑中的应用 建筑玻璃在现代化建筑上的应用量越来越大,品种越来越多,功能越来越齐全。建筑玻璃在建筑上 的应用量、应用种类和具有的功能可以作为评价建筑物现代化程度的标志。特别是建筑玻璃的装饰 性能,可以说是千变万化,没有建筑玻璃,就没有现代化建筑。但是由于玻璃既能透过光线,还有 反射光线和吸收光线的光学性能,使与建筑配套的景观照明设计进入一种模式化。 怎样才能通过灯光再现玻璃白天所具有的质感美?这是景观灯光设计师普遍关注的问题。对于大块 面玻璃的现代建筑的照明处理,采用“建筑化照明”把发光器件 (光源)和建筑构件融为一体,不 仅使照明灯具的内涵不断深化与扩展,而且形式多种多样,让人耳目一新。 大功率 LED 单颗光效高、单位体积小巧,设计弹性很大,可最大限度配合灯光载体的结构特点,且 安装方便。为此类建筑提供了全新的照明解决方案。

LED恒流驱动与不同控制模式的比较
白光LED是便携式电子消费品目前最常采用的背光方案, 驱动白光LED的主要目标是产生正向 电流流过器件,这可采用恒压源或恒流源来实现。使用恒压源驱动几个并联白光LED需要使用限 流电阻,主要起过流保护作用。这个方法的主要缺点是:各个白光LED上的实际电压降是不一样 的,由于白光LED正向电压降不同而造成电流变化,因而发光的强度也不一样。比较理想的解决 方案是采用恒流源驱动,它能避免白光LED正向电压改变而造成的电流变动,通过调节电阻值可 以精确设定流过白光LED的电流(ILED=VFB/R)。即使用可控制的恒定正向电流,就能提供可控 制的恒定显示亮度。下面就介绍几种采用不同技术控制LED驱动的控制模式。 市场上可以买到的微功率电源芯片有以下几种控制模式: PFM、PWM、charge pump、FPWM、PFM/PWM以及pulse-skip PWM、digital PWM 其中常见的有PFM、PWM、charge pump以及PFM/PWM 1、 PFM是通过调节脉冲频率(即开关管的工作频率)的方法实现稳压输出的技术。它的脉 冲宽度固定而内部震荡频率是变化的,所以滤波较PWM困难。但是PFM受限于输出功率,只能提供 较小的电流。因而在输出功率要求低,静态功耗较低场合可采用PFM方式控制。 2、 PWM的原理就是在输入电压、内部参数及外接负载变化的情况下,控制电路通过被控制 信号与基准信号的差值进行闭环反馈, 调节集成电路内部开关器件的导通脉冲宽度, 使得输出电 压或电流等被控制信号稳定。PWM的开关频率一般为恒定值,所以比较容易滤波。但是PWM由于误 差放大器的影响,回路增益及响应速度受到限制,尤其是回路增益低,很难用于LED恒流驱动, 尽管目前很多产品都应用这种方案, 但普遍存在恒流问题。 在要求输出功率较大而输出噪声较低 的场合可采用PWM方式控制。 3、 charge pump电荷泵解决方案是利用分立电容将电源从输入端送至输出端,整个过程不 需要使用任何电感。charge pump主要缺点是只能提供有限的电压输出范围(输出一般不会超过2 倍输入电压),原因是当多级charge pump级联时,其效率下降很明显。用charge pump驱动一个 以上的白光LED时,必须采用并联驱动的方式,因而只适用于输入输出电压相差不大的应用。 4、 采用Digital PWM(数字脉宽调制)通过对独立数字控制环路和相位的数字化管理,实 现对DC/DC负载点电源转换进行监测、控制与管理,以提供稳定的电源,减少传统供电模组的电 压波幅造成系统的不稳定,而且Digital PWM并不需要采用传统较高量的液态电容用作储波及滤 波作用。Digital PWM数字控制技术,能够使得MOSFET管运行在更高的频率下,有效的缓解了电 容所受到的压力。digital PWM适用于大电流密度,其响应速度很快,但回路增益仍受到限制, 目前成本相对较高。因此其在LED恒流驱动上的应用仍需进一步研究。 5、 FPWM(强制的脉宽调制)是一种恒流输出为基础的控制方式,它的工作原理是无论输出 负载如何变化总是以一种固定频率工作,高侧FET在一个时钟周期打开,使电流流过电感,电感 电流上升产生通过感抗的电压降, 这个压降通过电流感应放大器放大, 来自电流感应放大器的电 压被加到PWM比较器输入端,和误差放大器的控制端作比较,一旦电流感应信号达到这个控制电 压,PWM比较器就会重新启动关闭高侧FET开关的逻辑驱动电路,低侧的FET会在延迟一段时间后 打开。在轻负载下工作时,为了维持固定频率,电感电流必须按照反方向流过低侧的FET。FPWM 技术驱动芯片目前只见到MAXIM和National Semiconductor的芯片使用。 如上PFM、 PWM是采用恒压驱动方式控制LED, 而FPWM和PFM/PWM是恒流驱动方式控制技术, 实 践证明较适合LED驱动。 本公司近期推出的IV0101/ IV0102升压转换器芯片。它的控制模式是在PFM基础上改进的 PFM/PWM控制技术,是PFM与PWM有机结合的控制方式(不是PFM与PWM的切换),是以输入电压确

定N开关管开启时间, 输出电压与输入电压差确定同步管开启时间, 而不像PWM采用误差放大器反 馈输出的方式调节脉宽。 在有一定负载情况下, 开关频率取决于N管开启时间tN和P管开启时间tP。 其中tP ≧KP/(Vout-Vin) ;tN ≦KN/ Vin 在轻负载时,充电周期持续在最大值tN。当电感电流为零,同步整流管开启时,芯片工作在 分立式模式(DCM)下。当负载增加时,由于大负载原因,输出很快降至设定点。如果负载电流 增加,芯片工作在连续模式(CCM)下,即总有电流流过电感,只要电感电流峰值没有达到最大, 那N管开启时间tN始终保持在设定点。当充电结束开始放电周期时,开关管电流将达到最大。但 是,满负载仍未达到,因为在最小放电时间结束后,输出仍然可调。当放电时间到最小值tP时, 将达到满负载。 所以本控制模式就是通过不断地调整N管开启时间tN和P管开启时间tP来调整开关 频率从而保证恒流输出的。在PWM控制方式下,为了避免寄生电感造成的系统震荡故障,一般都 要接输入电容Cin,本芯片在电源接入端没有接输入电容,因而省却了PCB板电容位置,减小了板 面积,并且避免了在PWM循环时,由电容产生的突波脉冲现象,防止了系统效能下滑,因为它是 PFM与PWM有机结合的控制方式, 因而它具有PFM较快的响应速度和很高的回路增益及PWM大电流输 出特性,可与PWM调光相配合,成为理想的中小功率LED恒流驱动芯片。

LED应用常用的方法
产品应用常识和性能检测如下: (1)烙铁焊接:烙铁(最高30W)尖端温度不超过300℃;焊接时间不超过3秒;焊接位置至 少离胶体2毫米。 (2)浸焊:浸焊最高温度260℃;浸焊时间不超过5秒;浸焊位置至少离胶体2毫米。 引脚成形方法: (1)必需离胶体2毫米才能折弯支架。 (2)支架成形必须用夹具或由专业人员来完成。 (3)支架成形必须在焊接前完成。 (4)支架成形需保证引脚和间距与线路板上一致。 LED安装方法 (1)注意各类器件外线的排列,以防极性装错。器件不可与发热元件靠得太近,工作条件 不要超过其规定的极限。 (2)务必不要在引脚变形的情况下安装LED。 (3)当决定在孔中安装时,计算好面孔及线路板上孔距的尺寸和公差以免支架受过度的压 力。 (4)安装LED时,建意用导套定位。 (5)在焊接温度回到正常以前,必须避免使LED受到任何的震动或外力。 清洗 当用化学品清洗胶体时必须特别小心, 因为有些化学品对胶体表面有损伤并引起褪色如三氯 乙烯、丙酮等。可用乙醇擦拭、浸渍,时间在常温下不超过3分钟。 工作及储存温度:

(1)LED (2)LED (3)OUT-DOOR

LAMPS发光二极管 DISPLAYS显示器 LED LAMPS

Topr-25℃~85℃ Topr-20℃~70℃

、 、

Tstg-40℃~100℃ Tstg-20℃~85℃ 、 Tstg-20℃~70℃

像素管

Topr-20℃~60℃

LED节能灯
摘 要:一种LED节能灯包括LED灯体、支架及底座,所述LED灯体包括灯罩、透光 板、LED单元及电路板,所述LED单元装设于所述电路板上,所述LED单元包括红、绿、 蓝三种颜色的LED晶体管,所述红、绿、蓝三种颜色的LED晶体管发射的红、绿、蓝三种颜 色的光叠加之后变成白色的光。 所述LED节能灯利用24V的电压。 本发明的LED节能无频闪、 光线纯净、 没有光污染, 并且采用直流电光, 取代以往高频荧光灯、 普通照明灯采用的交流电光, 比普通灯更加高效节能, 而且紧急情况时可当应急灯使用。


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