LED照明電路設計PAGEPAGE38XXXXXXX學院畢業設計題目姓名學號專業班級分院指導教師20XX年XX月XX日LED照明電路設計摘要發光二極管（LightEmittingDiode,LED）是21世紀最具發展前景的一種新型固態光源。LED的迅速發展及廣泛應用，將引發照明領域的一場革命。LED具有環保性好，使用壽命長，單色性好，色彩鮮艷豐富，體積小，重量輕，響應速度快，發光效率高，能量消耗低等優點。目前，LED在景觀照明等一些應用中大多利用交流市電電源供電。LED的發展和應用的目標是取代白熾燈等傳統光源，LED應用照明領域的能源仍然主要來自于電網。我國的市電電源是220V/50HZ,國際通用交流線路為85~265V,50/60HZ。由于LED要求在直流低電壓下工作，采用市電電源供電，則需要通過適當的電路拓撲，也就是LED驅動電路將其轉換為符合LED工作要求的直流電源。現在設計驅動電路的一般思路是先將220V的高壓電通過一個變壓器，使其變成低電壓的交流電。在通過一個橋式整流電路，把交流電轉換成直流電。在整流橋后并上兩電容，一個是平滑電容，濾除剩余的交流電，一個是高頻旁路電容，濾除高頻分量。這樣就留下所需的低壓直流電。后面可根據設計的需要，連上不同的芯片，實現所需要的功能。如恒壓，恒流，反饋，溫度補償等。關鍵詞：發光二級管，照明，直流電，低電壓，驅動電路AbstractSummaryled(LightEmittingDiode,LED)isthe21stcenturywiththemostdevelopmentprospectsofanewtypeofsolidstatelightsource.RapiddevelopmentandwideapplicationofLED,lightingarevolutioninthefieldwillbethrown.LEDhasagoodenvironmentalprotection,longservicelife,wellmonochrome,colorrich,smallvolume,lightweight,fastresponse,highluminousefficiency,lowenergyconsumption.Atpresent,mostLEDlandscapelightinginsomeapplications,suchasusingACmainspowersupply.DevelopmentandapplicationofLED'sgoalistoreplacetraditionallightsourcessuchasincandescentlamps,LEDlightingenergyisstillmainlycomefromthepowergridinthefieldoftheapplication.Mainspowersupplyis220V/50HZinChina,internationalAClineto85~265V,50/60HZ.BecauseLEDrequiresworkinginDClow-voltage,powersupply,youneedtogothroughtheappropriatecircuittopology,whichLEDdrivecircuitconvertswiththeLEDworkrequirementsofDCpowersupply.Nowdrivecircuitdesignofthegeneralideaisthefirsthighvoltageof220Vthroughatransformer,makingitintoalow-voltageAC.Inabridgerectifiercircuits,toconvertACtoDC.Afterthebridgerectifierandtwocapacitors,asmoothingcapacitor,filterouttherestoftheAC,isahigh-frequencybypasscapacitor,filterouthighfrequencycomponents.Thisleftthelow-voltageDCyouwant.Behindaccordingtotheneedsofdesign,evenondifferentchips,implementthefeaturesyouneed.Constantvoltage,constantcurrent,feedback,suchastemperaturecompensation.Keywords:lightemittingdiodelighting,directcurrent,low-voltagedrivingcircuit引言LED龐大的市場注定其將發會展成一個具大的產業。總的來看，國內的發展一直不盡人意，典型的方面就是集成電路產業與液晶面板產業，國內到現在集成電路產業和液晶面板產業的發展遠遠不如國外的發展，技術復雜、投資大、基礎薄弱等是主要原因，而LED產業將打破這個魔咒，并且可以帶動相關產業的提升，如國內驅動芯片產業在液晶驅動上根本做不起來，因為液晶面板產業不在國內，由于有巨大市場支撐，LED驅動芯片可能在國內得到一定的發展，促進國內相關企業做大做強，這反過來又會促進國內LCD驅動芯片或其它驅動芯片的發展。中國大陸目前LED產業發展的劣勢在于：1，國內企業LED產品技術水平與國外還是有一定差距，在爭取高端客戶方面處于劣勢。2，國內集成電路制造基礎相較日本、韓國及臺灣地區這些LED強勢地區而言薄弱，LED外延、芯片制造能力、工藝水平及外圍材料配套能力差一些，學習曲線長一些，需要一段時間培養。3，國內LED企業的規模還比較小，大多沒有超過100kk/月產能(藍綠光)，這種狀況在未來兩年將有改善。4，國內研發多集中在大學和科研院所，生產在各企業，缺乏研發成果產業化的快速轉換機制，這方面應借鑒臺灣工業研究院的技術成果授權機制，加快技術成果轉換速度，科研院所不能為自己產業化而不將最新的技術成果及時轉移到產業界，政府應制定相關政策規范相關行為。5，國內核心專利缺乏，特別在關系到產業長遠發展的藍光核心專利及白光專利缺乏，這將使國內產業的長期發展受制。中國本土企業現階段主要還是處于起步階段，企業規模較小，對掌握專利的大廠構不成威脅，專利問題還不是很突出。但是隨著國內企業的發展壯大，一旦規模擴大到一定程度，實施“走出去”發展戰略，專利問題將成為隱患。目前對國內企業而言，壯大規模、提高產品質量與技術水平是首要任務，提高未來取得大廠專利授權時的要價能力，或逐步通過研發突破核心專利。LED產業在國內有良好的發展前景，基于以下幾點：1，就技術而言，LED具有技術成長瓶頸高，學習門坎低特性，國內在半導體領域長期積累的研究資源都可以用得上，具備較好的研究基礎。盡管國內集成電路制造基礎比較薄弱，工藝水平比較低，但國內一些企業通過聘請海外技術人員加盟，在技術上不斷取得突破，國內好的企業技術水平已經與臺灣大廠的技術水平相差不大，與國際大廠的整體差距也在不斷拉近。2，LED的投資額比較小，初始投資1億就可建廠，國內企業進入門檻低，容易實現滾動發展，這與集成電路制造及液晶面板制造動輒幾十億到上百億人民幣的投資而言顯得“微不足道”，國內企業容易進入形成產業集群。3，國內市場巨大，LED未來主要市場是通用照明市場，市場容量大，終端消費市場比較分散，不易形成壟斷，國內企業生存空間廣闊。4，國內一些企業擁有核心知識產權，如晶能光電的硅襯底氮化鎵藍光項目，大連路美的芯片領域核心技術，都具有全球競爭力，這些企業在技術發展上容易形成示范效應，促進國內企業市場健康成長。5，技術成熟后，LED封裝和器件生產屬于勞動密集型，大陸具備發展的勞動力成本優勢。發展半導體照明產業具有重大的戰略意義，其具體如下：1，節約能源，推動環保。本亞泰中研信息咨詢有限公司的報告針對世界能源危機，照明節能是實現國家節能的有效途徑。我國是僅次于美國的第二發電大國，在我國2004年發電量2.19萬億度中約有12%用于照明，到2010年照明用電將達到3500億度。專家預測，2015年后，我國半導體照明年節電將超過三峽電站全年的發電量。我國的電力生產80%為火力發電，燃燒大量的原煤和石油，產生大量的粉塵和二氧化碳、二氧化硫等氣體，環境污染嚴重，通過半導體照明的應用可以減少電力使用及少污染物的排放;同時，半導體照明本身易于回收，沒有汞等有害污染問題。2，提升傳統照明產業，帶動相關產業轉型。中國是世界照明電器生產和出口大國，2003年產值超過1000億元，出口創匯54億美元。但我國照明工業大而不強，主要做低端產品，利潤率低，缺乏國際市場競爭力。通過半導體照明產業的發展，可以提升我國照明產品的技術含量和附加值，提高國際市場競爭力。半導體照明已廣泛應用于景觀裝飾照明、背光源、大屏幕顯示、交通信號、汽車等各類運輸工具照明、軍用照明及旅游、輕工產品等特殊照明領域。將繼續帶動信息顯示、汽車產業、家電產業、建筑行業、輕工行業的產品升級。專家預測，我國在2005至2015年間，半導體白光照明將累計創造1500億元產值。3，增加就業機會，為國防現代化做貢獻。半導體照明產業具有技術密集和勞動密集型雙重特點，非常適合我國的國情，可以充分發揮我國勞動力資源優勢。專家預測，我國在2005-2015年期間，半導體照明將解決100萬人口就業。半導體照明由于具有體積小、壽命長、效率高、低電壓、使用安全、節能等優點，已被各國首先用于國防、軍事用途。在我國，利用固態照明燈具優勢的潛力很大，可使國防的所有裝備長備不懈，所有的指揮所徹夜長明，保證我國強大的國防力量。目錄摘要 2Abstract 3引言 4第一章LED發展歷史介紹 81.1彩色LED的發展 81.2白光LED原理介紹 9第二章LED的各種重要參數介紹 102.1光通量 102.2光效 102.3色溫 112.4色坐標 112.5顯色指數 12第三章LED的發光原理，基本結構及特性 123.1LED的發光原理及基本結構 123.2LED的伏安特性 133.3白光LED的光學特性 153.4LED的熱學特性 17第四章常用的LED驅動電路 174.1傳統LED驅動電路介紹 174.2電容降壓LED驅動電路介紹 204.3我的LED驅動電路 234.4我的LED燈泡 264.5LED的性能分析 26第五章總結 27致謝詞 29參考文獻 30附錄 31外文原文 31外文翻譯 35第一章LED發展歷史介紹1.1彩色LED的發展1907年HenryJosephRound第一次在一塊碳化硅里觀察到電致發光現象。由于其發出的黃光太暗，不適合實際應用；更難處在于碳化硅與電致發光不能很好的適應，研究被摒棄了.二十年代晚期BernhardGudden和RobertWichard在德國使用從鋅硫化物與銅中提煉的的黃磷發光。再一次因發光暗淡而停止。1936年,GeorgeDestiau出版了一個關于硫化鋅粉末發射光的報告。隨著電流的應用和廣泛的認識，最終出現了“電致發光”這個術語。二十世紀50年代，英國科學家在電致發光的實驗中使用半導體砷化鎵發明了第一個具有現代意義的LED,并于60年代面世。據說在早期的試驗中，LED需要放置在液化氮里，更需要進一步的操作與突破以便能高效率的在室溫下工作。第一個商用LED僅僅只能發出不可視的紅外光，但迅速應用于感應與光電領域。60年代末，在砷化鎵基體上使用磷化物發明了第一個可見的紅光LED。磷化鎵的改變使得LED更高效、發出的紅光更亮，甚至產生出橙色的光。到70年代中期，磷化鎵被使用作為發光光源，隨后就發出灰白綠光。LED采用雙層磷化鎵蕊片（一個紅色另一個是綠色）能夠發出黃色光。就在此時，俄國科學家利用金剛砂制造出發出黃光的LED。盡管它不如歐洲的LED高效。但在70年代末，它能發出純綠色的光。80年代早期到中期對砷化鎵磷化鋁的使用使得第一代高亮度的LED的誕生，先是紅色，接著就是黃色，最后為綠色。到20世紀90年代早期，采用銦鋁磷化鎵生產出了桔紅、橙、黃和綠光的LED。第一個有歷史意義的藍光LED也出現在90年代早期，再一次利用金鋼砂—早期的半導體光源的障礙物。依當今的技術標準去衡量，它與俄國以前的黃光LED一樣光源暗淡。90年代中期，出現了超亮度的氮化鎵LED，隨即又制造出能產生高強度的綠光和藍光銦氮鎵Led。超亮度藍光蕊片是白光LED的核心，在這個發光蕊片上抹上熒光磷，然后熒光磷通過吸收來自蕊片上的藍色光源再轉化為白光。就是利用這種技術制造出任何可見顏色的光。今天在LED市場上就能看到生產出來的新奇顏色，如淺綠色和粉紅色。隨著人類在LED超亮度的領域的技術進步，LED在消費電子的運用也越來越廣泛。1.2白光LED原理介紹目前市場上白光LED生產技術主要分為兩大主流：第一為利用熒光粉將藍光LED或紫外UV-LED所產生的藍光或紫外光分別轉換為雙波長(Dichromatic)或三波長(Trichromatic)白光，此項元件技術稱之為熒光粉轉換白光LED(PhosphorConverted-LED)；第二類則為多芯片型白光LED，經由組合兩種(或以上)不同色光的LED組合以形成白光，目前市場上白光LED商品以藍光LED芯片搭配黃光熒光粉最為普遍，主要應用于汽車照明與手機面板等領域，以目前白光LED產品市場分析，熒光粉轉換白光LED可謂主流。（紅色和綠色熒光粉多為硫化物體系，這類熒光粉發光穩定性差、光衰較大。）

下圖簡要歸納并比較多種白光LED構裝原理和優劣點，其中(a)型構裝方式、演色性最佳，但成本最高，尚未能普及；構裝方式(b)則具有技術最成熟且成本低廉之優勢，但色偏、演色性不佳，須以適當紅、黃光熒光粉加以改善，此外，最嚴重者為日亞化學專利限制難以規避；而構裝方式(c)與(d)兩者所制作的白光LED演色性俱佳、色偏小、成本低且專利局限較不嚴重，因此未來深具發展潛力。

圖1.2.1白光LED的發光原理第二章LED的各種重要參數介紹2.1光通量光通量的單位為“流明”。光通量通常用Φ來表示，在理論上其功率可用瓦特來度量，但因視覺對此尚與光色有關。所以度量單位采用，依標準光源及正常視力另定之“流明”來度量光通量。符號：lm光通量是每單位時間到達、離開或通過曲面的光能數量。流明(lm)是國際單位體系(SI)和美國單位體系(AS)的光通量單位。如果您想將光作為穿越空間的粒子（光子），那么到達曲面的光束的光通量與1秒鐘時間間隔內撞擊曲面的粒子數成一定比例。2.2光效光源所發出的總光通量（流明、亮度）與該光源所消耗的電功率（瓦）的比值，稱為該光源的光效。發光效率值越高，表明照明器材將電能轉化為光能的能力越強，即在提供同等亮度的情況下，該照明器材的節能性越強；在同等功率下，該照明器材的照明性越強，即亮度越大。Luminous原意即為光亮，計量用luminance，意為亮度，縮寫為lm。發光效率單位為亮度/瓦，有時取Luminance的音譯“流明”，做流明/瓦。光效也稱為光源的發光效率或者光源的功率因素，表征從光源中射出的光通量與光源所消耗的電功率之比。即η=φ/E=φ/(φ+P)（1）其中η為光效，φ為光源輻射的光能量，E為光源的功率，P為光源損耗的能量，主要是發熱量。同時發熱量與電流的關系是：P＝IR。（2）顯然，隨著電流的增大，光通量增大。但是另一方面電流的增大會引起光源熱損耗的增加，綜合效果是光效降低。2.3色溫當某一光源所發出的光的光譜分布與不反光、不透光完全吸收光的黑體在某一溫度時輻射出的光譜分布相同時，我們就把絕對黑體的溫度稱之為這一光源的色溫。色溫是表示光源光譜質量最通用的指標。一般用Ra表示。色溫是按絕對黑體來定義的，光源的輻射在可見區和絕對黑體的輻射完全相同時，此時黑體的溫度就稱此光源的色溫。低色溫光源的特征是能量分布中，紅輻射相對說要多些，通常稱為“暖光”；色溫提高后，能量分布集中，藍輻射的比例增加，通常稱為“冷光”。一些常用光源的色溫為：標準燭光為1930K（開爾文溫度單位）；鎢絲燈為2760-2900K；熒光燈為3000K；閃光燈為3800K；中午陽光為5400K；電子閃光燈為6000K；藍天為12000-18000K.2.4色坐標色坐標(chromaticitycoordinate)，就是顏色的坐標。色坐標是色度學的重要內容之一，光源的色坐標測量是研究光源特性的重要方法之一，它具有廣泛的使用意義。色坐標測量的基本原理是根據光源的光譜分布由色坐標的基本規定進行計算而得出的。現在常用的顏色坐標，橫軸為x，縱軸為y。有了色坐標，可以在色度圖上確定一個點。這個點精確表示了發光顏色。即：色坐標精確表示了顏色。2.5顯色指數光源對物體的顯色能力稱為顯色性，是通過與同色溫的參考或基準光源（白熾燈或畫光）下物體外觀顏色的比較。光所發射的光譜內容決定光源的光色，但同樣光色可由許多，少數甚至僅僅兩個單色的光波縱使而成，對各個顏色的顯色性亦大不相同。相同光色的光源會有相異的光譜組成，光譜組成較廣的光源較有可能提供較佳的顯色品質。當光源光譜中很少或缺乏物體在基準光源下所反射的主波時，會使顏色產生明顯的色差(colorshift)。色差程度愈大，光源對該色的顯色性愈差。演色指數系數(Kaufman)仍為目前定義光源顯色性評價的普遍方法。第三章LED的發光原理，基本結構及特性3.1LED的發光原理及基本結構50年前人們已經了解半導體材料可產生光線的基本知識，第一個商用二極管產生于1960年。LED是英文lightemittingdiode（發光二極管）的縮寫，它的基本結構是一塊電致發光的半導體材料，置于一個有引線的架子上，然后四周用環氧樹脂密。LED結構圖如下圖所示

圖3.1.1發光二極管的構造圖發光二極管的核心部分是由p型半導體和n型半導體組成的晶片，在p型半導體和n型半導體之間有一個過渡層，稱為p-n結。在某些半導體材料的PN結中，注入的少數載流子與多數載流子復合時會把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉換為光能。PN結加反向電壓，少數載流子難以注入，故不發光。這種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。

當它處于正向工作狀態時（即兩端加上正向電壓），電流從LED陽極流向陰極時，半導體晶體就發出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強弱與電流有關。3.2LED的伏安特性LED的伏安特性是流過PN結的電流隨施加到PN結兩端上的電壓變化的特性，它是衡量PN結性能的主要參數，是PN結制作得優劣的重要標志。完整的LED伏安特性包含正向和反向特性兩個方面。與普通整流二極管一樣，LED同樣具有單向導電性和非線性特性。LED的伏安特性曲線可以劃分為正向特性，反向特性和反向擊穿區三個區。1.正向特性區，在LED兩端加以正向電壓，就產生正向電流。但是，當這個電壓比較小的時候，由于外部電場還不足以克服內部電場對載流子擴散運動所造成的阻力，因此，當LED的電流很小，LED呈現的電阻較大。當LED兩端的電壓超過一定數值（這個數值通常稱為死區電壓）以后，內部電場被大大削弱，LED的電阻變得很小，電流于是增長得很快。2．反向特性區，當LED外加反向電壓時，由于P型半導體中還存在著少數自由電子，在N型半導體中也還存在著少數空穴，這些少數載流子在反向電壓作用下很容易通過PN結，因此形成反向電流。反向電流有兩個特點。第一個特點是它隨溫度升高增長得很快，第二是只要外加的反向電壓在一定范圍內，反向電流不隨反向電壓變化，在這種情況下的反向電流被稱為反向飽和電流。反向電流是LED的一個重要參數。反向電流越小，說明LED單向導電性能越好。3.反向擊穿區，當LED的反向電壓增加到一定數值后，反向電流急劇增大，出現反向擊穿現象，這個電壓叫做反向擊穿電壓。由于LED所用的材料種類不同，反向擊穿電壓也不一樣。3.2.1LED的伏安特性曲線3.3白光LED的光學特性作為照明用的電光源的光譜引進應盡可能的與太陽光的光譜相接近。一般的評判方法是評判光源與白光的接近程度，即顯色性。圖3.3.1在海平面上的太陽的可見光光譜

可以看到這個光譜與6500K的黑體輻射的光譜基本相同，其差異部分是太陽光給太陽上的化學元素吸收以及經過大氣層時被吸收掉的部分。

要想讓LED發出的光譜能夠與太陽光相近，需要利用三基色原理將紅、綠、藍三種光通過合適的比例混合成“白光”。一般的白光LED的實現方法是在藍色LED表面涂黃色熒光粉來獲得所謂的白光，這種白光LED的光譜特性如圖3.3.2.圖3.3.2白光LED光譜

很明顯，這種“白光”LED帶有強烈的令人討厭的藍光，因此在實際應用時可能會感到不適。因此也可以利用紅、綠、藍三種顏色的LED組和獲得白光LED.圖3.3.3利用紅、綠、藍三種顏色的LED組和獲得白光LED

很顯然，如圖3.3.3的顯色性優于圖3.3.2的顯色性，但使用三種單色LED組合成圖3.3.1的光譜特性相對利用藍光LED附加熒光粉的方法要復雜的多，而且一旦工作條件稍有改變，其光譜特性就會隨之改變。

不同色溫的LED的光譜特性也不相同，圖3.3.4為CREE公司的不同色溫白光LED的光譜特性。

圖3.3.4CREE公司的不同色溫白光LED的光譜特性3.4LED的熱學特性LED的光學參數與PN結結溫有很大的關系。一般工作在小電流IfLED的主波長隨溫度關系可表示為：λp=λ0+△Tg×0.1nm/℃（3）由式可知，每當結溫升高10℃，則波長向長波漂移1nm，且發光的均勻性、一致性變差。這對于作為照明用的燈具光源要求小型化、密集排列以提高單位面積上的光強、光亮度的設計尤其應注意用散熱好的燈具外殼或專門通用設備、確保LED長期工作。第四章常用的LED驅動電路4.1傳統LED驅動電路介紹LED驅動電路除了要滿足安全要求外，另外的基本功能應有兩個方面，一是盡可能保持恒流特性，尤其在電源電壓發生±15％的變動時，仍應能保持輸出電流在±10％的范圍內變動。二是驅動電路應保持較低的自身功耗，這樣才能使LED的系統效率保持在較高水平。傳統的低效率電路：圖4.1.1是傳統的低效率電路，電源通過降壓變壓器降壓；橋式整流濾波后，通過電阻限流來使3個LED穩定工作，這種電路的致命缺點是：圖4.1.1傳統的低效率電路電阻R的存在是必須的，R上的有功損耗直接影響了系統的效率，當R分壓較小時，R的壓降占總輸出電壓的40％，輸出電路在R上的有功損耗已經占40％，再加上變壓器損耗，系統效率小于50％。當電源電壓在±10％的范圍內變動時，流過LED的電流變化將≥25％，LED上的功率變化將達到30％。當R分壓較大時，在電源電壓在±10％的范圍內變動時，雖說能使輸出到LED的功率變化減少，但系統效率將更低。圖4.1.2是在圖4.1.1的基礎上加了一個集成穩壓元件MC7809，使輸出端的電壓基本穩定在9V，限流電阻R可用得很小也不會因為電源電壓的不穩定造成LED的超載。圖4.1.2改進后的傳統電路但是此電路除了保證LED的基本恒定輸出外，效率還是很低的。因為MC7809和R1上的壓降仍占很大比例，其效率僅為40％左右。上述這類電路的應用，系統總的每瓦輸出流明僅為20lm/W～25lm/W，是根本不能稱為節能的照明產品的。為了達到既能使LED穩定工作，又能保持高的效率，應采用低功耗的限流元件和電路來使系統效率提高。圖4.4.3是采用集成恒流源NUD4001的LED驅動電路，這一電路的顯著特點是當電源電壓在±15％的范圍內變動時，輸出波動≤1％，可稱為恒功率驅動電路，另外這一IC電路可在很低的串聯分壓下工作（即1腳與輸出的各引腳之間的電壓在≥2.8V時尚能工作），所以可保證在幾乎恒功率輸出的情況下，保持1腳與輸出引腳之間的電壓在2.8V左右就能使系統效率達70％左右。這一IC電路的輸入電源可采用工頻交流，但最好采用鹵鎢燈電子變壓器作為前級，這樣能保證諧波和電源端子干擾都符合標準的要求。當電子變壓器內部實現Ⅱ類電器的隔離，絕緣輸出時，圖4.1.3電路可用于Ⅱ類燈具中，并且輸出端可以做成可觸及式。圖4.4.3進一步改進的電路4.2電容降壓LED驅動電路介紹電容降壓的工作原理并不復雜。他的工作原理是利用電容在一定的交流信號頻率下產生的容抗來限制最大工作電流。例如，在50Hz的工頻條件下，一個1uF的電容所產生的容抗約為3180歐姆。當220V的交流電壓加在電容器的兩端，則流過電容的最大電流約為70mA。雖然流過電容的電流有70mA，但在電容器上并不產生功耗，應為如果電容是一個理想電容，則流過電容的電流為虛部電流，它所作的功為無功功率。根據這個特點，我們如果在一個1uF的電容器上再串聯一個阻性元件，則阻性元件兩端所得到的電壓和它所產生的功耗完全取決于這個阻性元件的特性。例如，我們將一個110V/8W的燈泡與一個1uF的電容串聯，在接到220V/50Hz的交流電壓上，燈泡被點亮，發出正常的亮度而不會被燒毀。因為110V/8W的燈泡所需的電流為8W/110V=72mA，它與1uF電容所產生的限流特性相吻合。同理，我們也可以將5W/65V的燈泡與1uF電容串聯接到220V/50Hz的交流電上，燈泡同樣會被點亮，而不會被燒毀。因為5W/65V的燈泡的工作電流也約為70mA。因此，電容降壓實際上是利用容抗限流。而電容器實際上起到一個限制電流和動態分配電容器和負載兩端電壓的角色。采用電容降壓電路是一種常見的小電流電源電路，由于其具有體積小﹑成本低﹑電流相對恒定等優點，也常應用于LED的驅動電路中。圖4.2.1為一個實際的采用電容降壓的LED驅動電路：請注意，大部分應用電路中沒有連接壓敏電阻或瞬變電壓抑制晶體管，建議連接上，因壓敏電阻或瞬變電壓抑制晶體管能在電壓突變瞬間(如雷電﹑大用電設備起動等)有效地將突變電流泄放，從而保護二級關和其它晶體管，它們的響應時間一般在微毫秒級。圖4.2.1電容壓降電路電路工作原理：電容C1的作用為降壓和限流：大家都知道，電容的特性是通交流﹑隔直流，當電容連接于交流電路中時，其容抗計算公式為：XC=1/2πfC（4）式中，XC表示電容的容抗﹑f表示輸入交流電源的頻率﹑C表示降壓電容的容量。流過電容降壓電路的電流計算公式為：I=U/XC（5）式中I表示流過電容的電流﹑U表示電源電壓﹑XC表示電容的容抗在220V﹑50Hz的交流電路中，當負載電壓遠遠小于220V時，電流與電容的關系式為：I=69C（6）其中電容的單位為uF，電流的單位為mA下表為在220V﹑50Hz的交流電路中﹐理論電流與實際測量電流的比較表4.2.1理論電流與實際電流的比較電阻R1為泄放電阻，其作用為：當正弦波在最大峰值時刻被切斷時，電容C1上的殘存電荷無法釋放，會長久存在，在維修時如果人體接觸到C1的金屬部分，有強烈的觸電可能，而電阻R1的存在，能將殘存的電荷泄放掉，從而保證人﹑機安全。泄放電阻的阻值與電容的大小有關，一般電容的容量越大，殘存的電荷就越多，泄放電阻就阻值就要選小些。經驗數據如下表：表4.2.2C1與R1的取值選擇D1~D4的作用是整流，其作用是將交流電整流為脈動直流電壓。C2﹑C3的作用為濾波，其作用是將整流后的脈動直流電壓濾波成平穩直流電壓壓敏電阻(或瞬變電壓抑制晶體管)的作用是將輸入電源中瞬間的脈沖高壓電壓對地泄放掉，從而保護LED不被瞬間高壓擊穿。LED串聯的數量視其正向導通電壓(Vf)而定，在220VAC電路中，最多可以達到80個左右。組件選擇：電容的耐壓一般要求大于輸入電源電壓的峰值，在220V,50Hz的交流電路中時，可以選擇耐壓為400伏以上的滌綸電容或紙介質電容。D1~D4可以選擇IN4007。濾波電容C2﹑C3的耐壓根據負載電壓而定，一般為負載電壓的1.2倍。其電容容量視負載電流的大小而定。4.3我的LED驅動電路我設計的是一個輸出恒定電壓10.5V（3個LED串聯），恒定電流350mA的驅動電路，電路原理圖如圖4.3.1所示。圖4.3.1我的電路原理圖表4.3.1電路的材料清單序號編號名稱規格數量備注1F1保險絲電阻10歐2W1保險作用2RV壓敏電阻470千歐13整流橋1把交流電轉換成直流電4C1電容1nF630V15L1電感2.53uH16C2鋁電解電容4.7uF400V1與C1，L1一起，起濾波作用7R1,R2電阻470千歐28Y1Y電容2.2nF250VAC1安全規范作用9變壓器1把高電壓轉換成低電壓10C3電容1nF200V111D1二極管113芯片PRLNK605DG114C4電容1uF25v115R3電阻24.9千歐116R4電阻4.87千歐117D2穩壓二級管118C5鋁電解電容10uF16V119R5電阻4.7千歐1芯片LNK605DG引腳和功能描述，芯片的外形和引腳分布如圖4.3.2圖4.3.2芯片LNK605DG的外形和引腳分布引腳功能描述漏極(D)引腳：功率MOSFET的漏極連接點。在開啟及穩態工作時提供內部操作電流。旁路/多功能可編程（BP/M）引腳：一個外部旁路電容連接到這個引腳，用于生成內部6V的供電電源。反饋(FB)引腳：在正常操作下，功率MOSFET的開關由此引腳控制。該引腳可以檢測偏置繞阻上的AC電壓。這個控制引腳可以根據偏置繞組的反激電壓來調節恒壓模式下的輸出電壓以及恒流模式下的輸出電流。內部電感校正電路使用偏置繞組上的正向電壓來檢測大容量電容的電壓。源極（S）引腳：該引腳內部連接到MOSFET的源極，用于高壓功率的返回節點及控制電路的參考點。功能描述：該芯片在一個器件上集成了一個高壓功率MOSFET開關及一個電源控制器。它使用開／關控制方式來調節輸出電壓。此外，還會對開關頻率進行調制，以調節輸出電流，從而實現恒流特性。該芯片控制器包括一個振蕩器、反饋（檢測及邏輯）電路、6V穩壓器、過熱保護、頻率抖動、電流限流電路及前沿消隱功能、電感校正電路、用于恒流調節的頻率控制以及用于恒壓控制的開／關狀態調節器。電感校正電路：在初級勵磁電感過高或過低時，轉換器將通過調節振蕩器頻率自動對此進行補償。由于這個控制器用于在非連續導通模式下工作，因此輸出功率與設定初級電感直接成正比，并可通過調節開關頻率對其容差進行完全補償。恒流(CC)工作方式：隨著輸出電壓的升高以及由此引起的偏置繞組上反激電壓的升高，反饋引腳電壓也將升高。反饋引腳電壓升高時，會對開關頻率進行調節，以提供恒流輸出調節。恒流電路與電感校正電路可以在恒流區域內同時工作。恒壓(CV)工作方式：當反饋引腳在恒流調節模式下接近VFBth時，電源將切換到恒壓工作模式。此時的開關頻率達到其最大值，對應于CCCV特性曲線的峰值功率點。控制器使用開／關狀態調節器調節反饋引腳電壓，使其維持在VFBth的水平。在高壓開關關斷2.5μs后，對反饋引腳電壓進行采樣。輕載條件下，還會降低電流限流點，從而降低變壓器磁通密度。過熱保護：熱關斷電路檢測結的溫度。閾值設置在142°C并具備60°C的遲滯范圍。當結溫度超過這個閾值(142°C)，功率MOSFET開關被禁止，直到結溫度下降60°C，MOSFET才會重新使能。6.0V穩壓器：只要MOSFET處在關閉狀態，6V穩壓器就會從漏極的電壓吸收電流，將連接到旁路引腳的旁路電容充電到6V。旁路引腳是內部供電電壓節點。當MOSFET開啟時，器件使用貯存在旁路電容內的能量。內部電路的極低功耗使該芯片可使用從漏極吸收的電流持續工作。一個1μF或的10μF旁路電容就足夠實現高頻率退耦及能量存儲。電路原理描述輸入濾波器：AC輸入功率由整流橋進行整流。整流后的DC由大容量電容C1和C2進行濾波。電感L1、C1和C2組成一個π型濾波器，對差模傳導EMI噪聲進行衰減。保險電阻F1在發生嚴重故障時提供保護。應當選擇合適的電阻（通常為繞線式電阻），這樣才能在輸入電容初次連接到AC線路充電時經受住瞬間耗散。工作過程：在從空載到滿載的多個模式下，U1內的控制器首先在恒壓階段工作，此時它通過開／關控制來調節輸出電壓，并根據需要通過跳過開關周期來維持輸出電壓水平，通過調節使能周期與禁止周期的比例來維持穩壓。這也可以使轉換器的效率在整個負載范圍內得到優化。在輕載條件下，還會降低電流限流點以減小變壓器磁通密度，進而降低音頻噪音和開關損耗。隨著負載電流的增大，電流限流點也將升高，因而跳過的周期也越來越少。一旦U1檢測到最大功率點（即控制器停止跳過周期），控制器將自動進入恒流模式。一旦需要進一步提高負載電流，輸出電壓便會隨之下降。當檢測到FB引腳上的輸出電壓下降時，開關頻率將線性下降，從而確保恒流輸出。輸出整流：變壓器的次級繞組由D2（可提高效率的1A、40V肖特基勢壘二極管）進行整流，由C5進行濾波。如果可以接受較低效率，則可換用1APN結型二極管，以便降低成本。在本應用中，C5的大小能夠滿足要求的輸出電壓紋波規范，無需使用后級LC濾波器。輸出調節：LNK605DG在輸出特性的恒壓(CV)調節區域使用開/關控制來調節輸出，通過頻率控制來實現恒流(CC)調節。反饋電阻（R3和R4）使用標準的1%電阻值選出，以確定額定輸出電壓及恒流調節閾值的中心。D1、R1、R2和C3組成RCD-R箝位電路，用于限制漏感引起的漏極電壓尖峰4.4我的LED燈泡LED燈泡的制作相對比較簡單，把LED燈珠焊到鋁基板上，少量的（15顆以內）LED燈珠一般直接串聯，大量的（15顆以上）采用混聯。驅動電路的輸入端與電源連接，驅動電路輸出端與LED串連接。PCB板用耐高溫，耐高壓的灌膠A和灌膠B以1比1的比例混合來填充。它具有導熱，絕緣，防火，防爆的功能，保證PCB板得正常工作。鋁基板與燈座之間的以導熱系數為1的導熱硅脂填充，幫助LED燈珠進行散熱，提高燈泡的壽命。4.5LED的性能分析將燈泡接入220V交流電路中，用萬用表測得此燈泡兩端的電壓為9.86V,電流為0.33A,實際功率為3.25W.理論的電壓為10.5V,電流為0.35A,功率為3.67W，引起這些誤差的原因可能是：（1）焊接PCB板得時候存在虛焊。（2）電子元器件的精確度不高。（3）電路理論上存在缺陷，有些該考慮的沒考慮到。用積分球測得該燈泡光通量為175lm,其光效約為50流明/瓦。.而一般的節能燈的光效約為35流明/瓦。功率因數為0.625.色溫為6250K,色坐標為（0.31760.3275）。顯色指數RA=72.6。其光譜圖如下圖所示。圖4.5.1LED測試結果第五章總結本次課程設計歷時三個月，主要對LED的發展歷史，發展現狀，主要特性，主要參數以及電路的分析進行了簡單的描述。在這三個月里，指導老師和我都付出了很多，但收獲也不少。畢業設計開始前，我電子領域的知識只是局限于課本模擬電子技術上簡單介紹的一些理論知識。經過這三個月的努力，我初步認識了課本以外的電子元器件，初步了解了他們的外形以及性能。學習了軟件Protel的一些基本知識，并能畫出簡單的電路原理圖。了解了幾個生產中常用的芯片的功能。練習焊接了一些PCB板，使自己的焊接技術有了一定的提高。學習了不少電路的運行原理，分析電路的能力也有了相應的提高。自己動手測試了產品的一些性能以及一些參數，并與理論的參數值進行比較，分析引起誤差的原因。現在的努力為我以后的工作打下了一定的基礎，是非常寶貴的經驗。在本次畢業設計的最后，我結合自己的實際經歷對LED燈泡做出客觀的評價堅固耐用，抗震性好。本人也在樣品制作間里制作樣品，其中不缺乏一些重手腳的動作，在整個制作過程中并不忌諱這些。如果不小心把燈泡摔到地上，那一般先摔壞的是價格相對較便宜的PC料和燈罩。一般LED燈泡使用的交流電壓范圍在80~245V，適合絕大多數國家的使用。環保性比較好，它不含汞，鉛等重金屬材料，對環境無污染，這是熒光燈和白熾燈所不具備的，這是LED的一大優勢。理論上LED燈泡無頻閃，而熒光燈因使用交流電而產生頻閃，但實際上現在一般辦公室用的大多數都是熒光燈，人眼基本感覺不出頻閃。理論上18W的LED燈泡的光通量相當于40W熒光燈的光通量，實際上18W的LED燈實際功率為21W左右，40W熒光燈的實際功率為46W左右，相差25W,點燈40小時相差一度電，0.55元。理論上LED的使用壽命在30000小時以上，實際誰也不會去測試它的實際壽命，個人認為這是LED的一個不確定性。理論上LED的響應速度快，在實際中，用于照明的LED對幾十毫秒的差距影響并不是很大，在照明用的LED研究的意義也不是很大。理論上白光LED的顯色指數在85以上，但本人動手測試的白光LED顯色指數為75，而一般的熒光燈的顯色指數在90以上，這是LED燈泡所不能比的。LED還具有它的致命弱點，與傳統光源白熾燈比較，LED的視角較窄，視角度小于180度。LED屬于多元化化合物半導體器件，其電學，光學，熱學和機械等方面的參數指標離散性很大，這給器件的篩選和分檔造成困難。像汽車等應用場合，對LED參數一致性的要求非常苛刻，例如同一批LED的門限電壓不一致性應小于0.1V，色差小于5nm等。由于LED的許多參數都隨溫度變化而變化，而且當內部溫度超過最高溫度時，器件將會被燒毀，因此，LED的散熱問題極為重要，是未來LED面臨的一大難題和關鍵技術之一。綜上所述，本人認為，LED由于其造價昂貴，使用壽命長，綠色節能，最適合用在長時間照明，照明質量要求較高，不經常更換的場所。比如說路燈，寫字樓，學校，辦公室等地方。而家庭照明，因為照明時間不長，而且更換難度不大，本人不太建議使用價格昂貴的LED燈。本章純屬個人看法。致謝詞參考文獻（1）毛興武，張艷雯，周建軍，祝大衛.新一代綠色光源LED及其應用技術.北京：人民郵電出版社2006（2）周志敏，周紀海，LED驅動電路設計與應用.北京：人民郵電出版社2010（3）陳大華，劉洋.綠色照明實用技術.北京：清華大學出版社2009（4）李大龍，張清.呂善軍.LED制造技術與應用.北京：電子科技大學出版社2001（5）專業技術類電子書.北京：中國知識產權出版社1999（6）周濤.高頻開關電源設計與應用技術.北京：人民郵電出版社2003(7)張占松，蔡宜三.開關電源的原理與設計.修訂板.北京：電子工業出版社，1998（8）陳傳虞.電子節能燈與電子整流器.北京.人民郵電出版社，2004（9）張肅文.高頻電子線路：下策.2版.北京：高等教育出版社，1990（10）姚啟均.光學教程.北京：高等教育出版社，2002（11）林榮國.電磁干擾及控制.北京：電子工業出版社，2003（12）劉恩科.朱秉升.半導體物理學.北京：國防工業出版社，2002（13）趙靜波.王成業.Protel99se電路設計基礎與工程范例.北京：清華大學出版社，2003附錄外文原文LEDintroductionLEDapplicationInviewoftheLED'sownadvantage,whicharemainlyusedinthefollowingseveralaspects:(1)Applicationofdisplayscreen,trafficsignalsshowlightsources，LEDlightshaveaseismicimpactresistance,responsespeed,powerandlonglifeandothercharacteristics,widelyusedinvariousindoorandoutdoordisplay,dividedintofullcolor,tri-colorandmonochromedisplay,atotalofmorethan100moreunitsinthedevelopmentandproduction.Trafficlightsusedultra-highbrightnessLEDred,green,yellow,becausetheuseofenergy-savingLEDlights,reliabilityishigh,sointhecountry,trafficlightsaregraduallyupgradingandpromotionoffast,isingreatdemandinthemarket,isaverygoodmarketopportunities.(2)Applicationofautomobileindustry,Ofmotorvehicleswithlightscontaininternaldashboard,sound,switchthebacklight,ledreadinglightsandbrakelights,taillights,outsidethesidelightsandheadlights.Incandescentlampnotforautomobilevibrationimpactresistance,easilydamaged,shortlife,needtobereplacedoften.In1987,Chinabegantoinstallhighpositionbrakelightonthecar.BecausetheLEDfastresponse,youcanreminddriversofthebrakesassoonaspossible,reducingvehiclerearaccidentsindevelopedcountries,usingtheCentralrear-mountedhighstoplampofLEDmanufacturinghasbecomethestandardpartsofthecar,UnitedStatesHPcompanywaslaunchedin1996LEDcartaillightmodulescanbecombinedinavarietyofautomobiletaillight.Inaddition,incardashboardsandotherlightinglightsourcepart,ultrahighbrightnesslightemittinglightcanbeusedtoplay,soarethegradualintroductionofLEDdisplays.China'sautomobileindustryisinaperiodofgreatdevelopmentistopromoteanexcellentopportunityforultra-highbrightnessLED.Inrecentyearsanannualproductioncapacityof1billionyuanofoutputvalue,willforma$3billionayearwithin5yearsofproduction.(3)LEDbacklightsourcetoefficientsideglowofbacklightsourcemoststriking,LEDasLCDbacklightsourceapplication,haslifelong,andglowefficiencyhigh,andnointerferenceandprice/performancehighfeatures,haswidelyapplicationYuelectronicwatch,andphone,andBPmachine,andelectroniccalculatorandcardmachineShang,asportableelectronicproductsincreasinglyminiaturization,LEDbacklightsourcemorewithadvantage,thereforebacklightsourcemakingtechnologywilltomorethintype,andlowpoweranduniformconsistentaspectsdevelopment.LEDisthekeytomobiledevices,aregularphoneorPHSabout10LEDdevicesarerequired,andonecolorwithcameraphonesandyouneedtousesome20LEDdevices.Handsetbacklightusageatthisstageisverylarge,3.5billionayearLEDchip.AtpresentmobilephoneproductioninChinaislarge,andmostoftheLEDbacklightingisimported,forhome-madeLEDproducts,thisisagreatmarketingopportunity.(4)LEDlightingproductoftheearlylowluminousefficiency,lightintensityGeneralcanonlyreachseveraldozensofMCD,applicableforindooroccasions,homeappliance,instrumentation,communicationsequipment,computerandtoyapplications.CurrenttargetistheLEDlightsourcedirectlyreplaceincandescentandfluorescentlamps,thisalternativetrendsalreadystartingfromthelocalareaofapplicationdevelopment.,(5)OtherapplicationssuchasaFlashshoebychildren,built-inLEDwillflashwhenyouwalk,andonly500millionayearinWenzhouarealight-emittingdiode;usinglight-emittingdiodeasachargeindicatorforelectrictoothbrushes,introductionofitwasbeingputintoproductionbymanufacturerinChina,thecompanyhasasmallamountofhealthcaretoothbrushlisting,expectedmassproductionneeds300millionlight-emittinglightseachyear;LEDChristmaslightsarepopular,duetotheuniquedesign,color-rich,easytobreakandbreakingsecurityoflowvoltageuse,recentdevelopmentstronginHongKong,SoutheastAsia,hasbeenwidelywelcomed,isthreateningandreplacementfoamChristmasmarket.6)householdLEDindoorlightingproductsareincreasinglypopular,LEDdownlight,LEDceilinglamp,LEDlamp,LEDfiberlighthascreptintothefamily!LEDadvantagesLEDtheinherentcharacteristicsofdecidedthatithasmanyadvantages,suchas:One,smallvolumeLEDisbasicallyaverysmallpieceofwaferwasencapsulatedinepoxyresins,soitisverysmall,verylight.Second,lowpowerconsumptionLEDverylowpowerconsumption,DCdrive,ultralow-power(singletube0.03-0.06),electro-opticalpowerconversionofalmost100%.InGeneralLEDoperatingvoltageis2-3.6V,operatingcurrentis0.02-0.03A;thatis,itspowerconsumptionis0.1W,samelightingeffectsthanconventionallightsourcesthan80%.Three,longservicelifeThree,longlifeSomepeoplecallforlonglifelampLEDlightsource.Itisasolidcoldlightsource,epoxyresinpackage,insidethelampnolooseparts,thereisnofilamentgloweasilyburn,thermaldeposition,disadvantagessuchaslightfades,undertheappropriatecurrentandvoltage,theservicelifeofupto60,000to100,000hours,morethan10timeslongerthantraditionallightsourcelifetimes.Four,highbrightness,lowincaloriesLEDcoldlighttechnology,heatvaluemuchlowerthanconventionallighting.Five,environmentalprotectionLEDismadefromnontoxicmaterials,unlikefluorescentlampscontainingmercuryispollution,atthesametimeLEDcanalsorecycle.Thereisnoultravioletandinfraredspectrum,withnoheatorradiation,smallglare,coldlightsource,youcansafelytouch,istypicalofgreenlighting.Six,durableLEDisfullyencapsulatedinepoxyresin,aresolidthanlightbulbsandfluorescenttubes.Insidethelampnolooseparts,makestheLEDisnoteasilydamaged.Seven,manychangesLEDlightsourcetousered,greenandblueprimarycolortheory,incomputertechnologyunderthecontrolofanyofthethreecolorswitha256-levelgray,andmixed,canproduce256x256x256=16777216colors,differentcombinationsoflightcolorchanging,effectofachievingavarietyofdynamicchangesandvariousimages.Eight,advancedtechnologyComparedwiththetraditionallightsourcemonotonousgloweffect,LEDlightsourcesarelow-voltagemicro-electronicsproducts.Itmanagedblendofcomputertechnology,networkcommunicationtechnology,imagingtechnology,embeddedcontrol,andsoon,soisdigitalinformationproducts,isthesemiconductoroptoelectronicdevices"high-techtip"technology,hasthecharacteristicsofonlineprogramming,unlimitedupgrades,flexible. LEDfaultsOne,LEDlight-emittingdiodeshavebeengloballyrecognizedasthemostefficientartificiallightingtechnology.AlthoughdomesticalthoughmanypeopleinbusinessthinkLEDunderthemisleadingisusedinplaceofLCDliquidcrystaldisplaytechnology,butinpracticethisenergy-efficientlightingtechnologiesfromthe670-hasalreadybegunontheapplicationtodayfromavarietyoflights,streetlights,holidaylightsandthentothenotebook,TVbacklightisinextensiveuseofLEDlighting.Becauseofitshighenergyefficiency,itisgenerallybelievedthatreplacetraditionallightbulbs,fluorescentlampswithLEDlightisaveryenvironmentally-friendlypractices.However,recentlybytheUnitedStatesasurveyconductedbytheUniversityofCalifornia,ElvinshowsthatuseLEDenvironmentaleffectsarelikelytobeoffsetbythetoxicmaterialitcontains.Intheschoolofsocialecologyandpublichealthprojectsjointlyconductedthestudy,theyanalyzedthemarketcommononChristmastreelightsingroupsofred,yellow,green,andblueLEDlights,whichincludesbothhighbrightnessLED,productsalsoincludelowbrightness.ResultsshowthattheseLEDlampscontainantimony,arsenic,chromium,lead,andseveralothermetals.WhichpartofthetoxicelementcontentoftheLEDlamphasexceededthestandardsestablishedbytheregulator.Forexample,inlow-brightnessredLEDlight,theresearchersfoundexcessiveleadcontentupto8times,alsonickelcontentexceeding2.5times.ActuallyintheUnitedStatesinCalifornialaw,thevastmajorityofLEDlightshavebeenexplicitlydefinedastoxicwaste,ifyouusetheordinarylandfillapproachwillcontaminatesoilandgroundwater.AndiftheLEDlampisbrokenandmaycausedamage