蓝光LED和LED的区别是什么?照明驱动电源不能盲

2019-06-16 14:09字体:
  

  蓝光LED和LED的区别是什么?LED照明驱动电源不能盲目选择,详细剖析如何选择合适的电源

  首先我们要知道,根据德布罗意的波粒二象关系,光子的能量等于光的频率乘上普朗克常数,光的波长越短频率越高,光子的能量越高。红橙黄绿青蓝紫,频率是增高的,能量是增大的。蓝光光子的能量大约是红光光子的1.5倍还多。

  回到发光二极管,其产生光子的能量来源于导带电子与满带中空穴的复合,也就是说,禁带宽度越大的半导体,制成的LED光越偏向紫光。但是另一方面,禁带宽度大的半导体难以制备,难以生长成薄膜,也难以加工成LED。1955年,发出红外线年,GE的工程师Nick HolonyakJr发明了红光的LED,可此后一直花了整整三十年,制作蓝光LED的努力都无法成功,直到1993年中村修二成功用GaN制作出了蓝光LED。

  为什么蓝光LED比LED的发明更重要?我们一般照明或者制作显示器都需要白光,白炽灯泡是靠发热产生各种波长光的混合,日光灯是先产生能量最高的紫外线,再靠紫外线激发荧光剂,产生能量较低的各种可见光。LED单有红光是无法得到白光的,只能用来做单色光源或者仪器上的信号灯。有了蓝光LED,可以在蓝光LED上涂一定比例的荧光粉,靠能量高的蓝光激发出能量低的黄绿光,再加上红光混合成白光(红光LED不行,因为只有能量高的光激发出能量低的光,而红光的能量最低)。所以蓝光LED诞生前,无论是显示器还是照明都无法用LED实现,而蓝光LED发明后这些地方才大规模使用LED。

  A:我觉得有资格,诺贝尔物理奖本来就可以奖给发明。这项发明不仅应用广泛,而且意义重大。我们现在用的点脑、手机显示器基本都是用LED做背光的液晶显示器,LED照明灯用的也相当广泛,还有在此基础上做出的蓝色半导体激光器是蓝光存储技术实现的基础。要是类比的话,我觉得它的意义可以与光纤相比,远大于生化奖的那些XX蛋白质之类的

  A:我觉得好歹把天野和赤崎中踢一个,把当年发明红光LED的Nick HolonyakJr加进来,老人家都快90多岁了再不领估计要嗝屁了。不过这么说的话,第一个用二极管放出红外线的Rubin Braunstein是不是也该得呢?蓝光LED是LED技术能否应用的分水岭,一届三个全部给蓝光LED也不是不可以

  不过话说回来,在希格斯玻色子被发现,由数百位物理学家数十年建立起的标准模型基本完成,强、弱、电三种相互作用统一的今天,又有什么理论创新敢说自己比有技术发明更有资格得奖呢?现在线世纪初那个时代,别说电报这种应用发明,就连“发明用于控制灯塔和浮标中气体蓄积器的自动调节阀”这种玩意也能得个奖。直到迈克耳孙带着他的迈克耳孙干涉仪,普朗克带着黑体辐射。爱因斯坦带着光电效应来到诺贝尔奖的领奖台前,一个由普朗克、爱因斯坦、德布罗意、海森堡、薛定谔、狄拉克、泡利,乃至后来的朗道、杨振宁-米尔斯、希格斯带领的长达数十年的物理学的突飞猛进开始了,直到现在才差不多告一段落。不知我有生之年能否看到它又一次突破的开始。

  为了节能省电,LED得到了很大的推广,但LED都需要有个电源驱动,其好坏会直接影响LED的寿命,因此如何做好一个LED驱动电源是LED电源设计者的重中之重。本文介绍了一些LED驱动电源的问题,希望能够对工程师提供一点帮助。

  我们所说的LED驱动包括数码驱动和类比驱动两类,数码驱动指数字电路驱动,包括数字调光控制,RGB全彩变幻等。类比驱动指类比电路驱动,包括AC恒流开关电源,DC恒流控制电路。驱动电路由电子元件组成,包括半导体元件,电阻,电容,电感等,这些元件都有使用寿命,任何一个器件失效都会导致整个电路的失效或者部分功能失效。 LED的使用寿命是5-10万小时,按5万小时算,连续点亮,有近6年的寿命。开关电源的寿命是很难达到6年的,市面上出售的开关电源质保期一般是2-3年,达到6年质保的电源是军品级别的,价格是普通电源的4-6倍,一般的灯具厂是很难接受的。所以LED灯具的故障多为驱动电路故障。

  LED为冷光源,工作结温不能超过限值,设计时还要留一定余量。整个灯具的设计要考虑外形美观,安装方便,配光,散热等很多方面问题,要在众多因素中寻求平衡点,这样整体的灯具才是最好的.LED灯具的发展时间不长,可以借鉴的经验不多,很多设计都是不断完善的。有些LED灯具厂家所用电源为外协或者外购,灯具设计师对电源了解不多,给LED的散热空间较大,给电源的散热空间较小。一般是设计好灯具后再找合适的电源来配套,这样就给电源的配套带来一定的难度。经常碰到因灯具内部空间较小或者内部温度较高,而且成本控制较低,无法配到合适电源。有些LED灯具厂有电源研发能力,在开始设计灯具初期进行评估,电源的设计同步进行,就能解决以上问题。在设计中要综合考虑LED的散热和电源的散热,整体控制灯具的温升,这样才能设计出较好的灯具。

  A、功率设计。虽然LED光效高,但是还有80-85%的热能损耗,致使灯具内部有20-30度的温升,如果室温25度情况,灯具内部就有45-55度,电源长时间在高温环境下工作,要保证寿命就必须加大功率余量,一般留到1.5-2倍的余量。

  B、元件选型。灯具内部温度45-55度情况下,电源内部温升还有20度左右,则元件附近的温度要达到65-75度。有些元件在高温情况参数会飘移,还有些寿命会缩短,所以器件要选择能在较高温度长时间使用的,特别注意电解电容和导线。

  C、电性能设计。开关电源针对LED的参数设计,主要是恒流参数,电流的大小决定LED的亮度,如果批量电流误差较大,则整批灯的亮度不均匀。而且温度的变化也能致使电源输出电流偏移。一般是批量误差控制在+/-5%以内,才能保证灯的亮度一致.LED的正向压降有偏差,电源设计的恒流电压范围要包含LED的电压范围。多个LED串连使用时候,最小压降乘以串连数量为下限电压,最大压降乘以串连数量为上限电压,电源的恒流电压范围要比这个范围稍宽些,一般上下限各留1-2V余量。

  D、PCB布板设计。LED灯具留给电源的尺寸较小(除非是电源外置的),所以在PCB设计上要求较高,要考虑的因素也多。安全距离要留够,要求输入和输出隔离的电源,一次侧电路和二次侧电路要求耐压1500-2000VAC,在PCB上至少要留够3MM的距离。如果是金属外壳的灯具,则整个电源的布板还要考虑高压部分和外壳的安全距离。如果没有空间保证安全距离情况下就要利用其他措施保证绝缘,比如在PCB上打孔,加绝缘纸,灌封绝缘胶等。另外布板还要考虑热量均衡,发热元件要均匀分布,不能集中放置,避免局部温度升高。电解电容远离热源,减缓老化,延长使用寿命。

  E、认证问题。目前国内还没有针对LED灯具的标准,国家相关部门正在研究制订,国内销售的灯具认证是参照照明灯具的标准,外销的是做CE或UL等认证,还有些参照国外的LED灯具标准来做。所以针对这种情况,开关电源的设计要同时满足以上的这些标准是比较困难的,我们只能针对不同的要求满足不同的认证。

  外购电源在选择上主要看恒流和恒流的电压范围。恒流值选择为LED的标准电流偏下。电压范围的选择要适中,尽量不要选择较大范围,避免功率的浪费。

  线性驱动应用是一种最为简单和最为直接的驱动应用方式。在照明级白光LED应用中,虽然存在着效率低、调节性差等问题,但是由于其电路简单、体积小巧,能满足一些特定的场合应用较多。

  而开关型驱动可以获得良好的电流控制精度和较高的总体效率,应用方式主要分为降压式和升压式两大类。降压式开关驱动是针对电源电压高于LED的端电压或者是多个LED采用并联驱动情况下的应用。升压式开关驱动是针对电源电压低于LED的端电压或者是多个LED采用串联驱动情况下的应用。

  一般认为,隔离型驱动安全但效率较低,非隔离型驱动效率较高,应按实际使用的要求来选。

  目前设计一般的基本LED驱动器照明应用相对较简单,但是如果还需要其它功能如相位控制调光和功率因子校正(PFC),设计就变得复杂。无功率因子校正功能的非调光LED驱动器通常包含一个离线式开关电源,用于恒定电流下调节输出。

  LED驱动器的后端架构包含一个具有短路保护功能的电流调节电路。可以利用线性调节电路达到这一目的,然而这种方法本身效率低下,因此适用低输出电流,通常不会应用到多级架构中去。替代方法是使用简单的、具有电流回馈功能的降压稳压器电路,以便限制了输出电流超过期望的LED驱动电流。其抵消了总LED正向电压随温度和器件容差的变化,还限制了出现短路或其它故障条件时的电流,从而能够保护驱动器免遭损坏。



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