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[導(dǎo)讀]摘要:在簡(jiǎn)要介紹超高亮LED的特點(diǎn)以及特性的基礎(chǔ)上,詳細(xì)介紹了LED的電阻限流、線性調(diào)節(jié)器和開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器等驅(qū)動(dòng)方式,在此基礎(chǔ)上介紹了超高亮LED的驅(qū)動(dòng)芯片MLX10801的功能和應(yīng)用.并給出了當(dāng)前主要超高亮LED驅(qū)動(dòng)芯片的

摘要:在簡(jiǎn)要介紹超高亮LED的特點(diǎn)以及特性的基礎(chǔ)上,詳細(xì)介紹了LED的電阻限流、線性調(diào)節(jié)器和開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器等驅(qū)動(dòng)方式,在此基礎(chǔ)上介紹了超高亮LED的驅(qū)動(dòng)芯片MLX10801的功能和應(yīng)用.并給出了當(dāng)前主要超高亮LED驅(qū)動(dòng)芯片的主要特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞:發(fā)光二極管:超高亮:恒流驅(qū)動(dòng)

引言
  發(fā)光二極管(Light Emitting Diode,LED)發(fā)明于20世紀(jì)60年代,它是利用半導(dǎo)體材料中的電子和空穴相互結(jié)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(zhǎng)、驅(qū)動(dòng)電壓低、耗電量低、反應(yīng)速率快、耐震性佳等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于信號(hào)指示、數(shù)碼顯示等領(lǐng)域。隨著技術(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(tǒng)的照明燈相比,超高亮LED具有如下優(yōu)點(diǎn):
  1)壽命長(zhǎng),可靠耐用,維護(hù)費(fèi)用極為低廉LED可連續(xù)使用105h,比普通白熾燈泡長(zhǎng)100倍;
  2)高效率現(xiàn)在已經(jīng)可以達(dá)到201m/w.預(yù)計(jì)到2005年將達(dá)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(dá)80%~90%,LED比節(jié)能燈還要節(jié)能1/4;
  3) 色彩鮮艷,光色單純以12英寸的紅色交通信號(hào)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(shè)計(jì)的燈中,包括電路損失在內(nèi),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(hào)燈是LED光源應(yīng)用的一個(gè)重要領(lǐng)域,由于LED響應(yīng)速度快(ns級(jí)),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。
  近年來(lái)高亮LED已經(jīng)在汽車(chē)的近光燈中得到了應(yīng)用,例如德國(guó)奧迪公司的奧迪A86.O,意大利Fioravanti公司在2003年日內(nèi)瓦車(chē)展上推出的概念車(chē)Yak,美國(guó)福特公司不久前在底特律車(chē)展上推出的Model U都開(kāi)始將高亮LED用于前照燈的設(shè)計(jì)中。
  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(xiàn)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(yán)格控制溫度 LED是一種半導(dǎo)體材料,與普通二極管一樣具有PN結(jié),由于高亮二極管的功率相對(duì)比較大,所以與功率半導(dǎo)體器件相同,需要考慮散熱問(wèn)題,結(jié)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(yán)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(shù)人認(rèn)識(shí),也被多數(shù)人看好,但其高昂的價(jià)格難以被消費(fèi)者接受,目前單體黃色LED大約O.6元/個(gè),綠色與藍(lán)色單體LED在1.8元/個(gè)左右,白色LED的價(jià)格達(dá)到了2.2~5.5元/個(gè)左右;如果將幾十個(gè)單體LED組合,其成本將大大增加,如把一個(gè)LED安裝在草坪燈里,其單價(jià)就相當(dāng)于一般草坪燈的幾倍,LED要成為未來(lái)照明的主流光源,就一定要朝著大流明方向發(fā)展,成本才有可能降低,市場(chǎng)才有可能突破。

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,由曲線可知,當(dāng)正向電壓超過(guò)某個(gè)閾值(約2V),即通常所說(shuō)的導(dǎo)通電壓之后,可近似認(rèn)為,IF與VF成正比。表1是當(dāng)前主要超高亮LED的電氣特性。由表1可知,當(dāng)前超高亮LED的最高IF可達(dá)1A,而VF通常為3~4V。

  由于LED的光特性通常都描述為電流的函數(shù),而不是電壓的函數(shù),光通量(φV)與IF的關(guān)系曲線如圖2所示,因此,采用恒流源驅(qū)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(dá)1V以上),而由圖1中的VF-IF曲線可知,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(qū)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(qū)動(dòng)。

  圖3是HPWA-xH00 LED的溫度與光通量(φV)關(guān)系曲線,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(duì)LFD的波長(zhǎng)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(qū)動(dòng)電路
  由于受到LED功率水平的限制,通常需同時(shí)驅(qū)動(dòng)多個(gè)LED以滿足亮度需求,因此,需要專(zhuān)門(mén)的驅(qū)動(dòng)電路來(lái)點(diǎn)亮LED。下面簡(jiǎn)要介紹LED驅(qū)動(dòng)的主要電路。
 

3.1 電阻限流電路

  如圖4所示,電阻限流驅(qū)動(dòng)電路是最簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)電路,限流電阻按式(1)計(jì)算。

 

式中:Vin為電路的輸入電壓:
VF為IED的正向電流;
VF為L(zhǎng)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(shù)目;
x為并聯(lián)LED的串?dāng)?shù)。
由圖1可得LED的線性化數(shù)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的線性化等效串聯(lián)電阻。
則式(1)限流電阻的計(jì)算可寫(xiě)為

當(dāng)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電流也會(huì)跟隨變化,因此調(diào)節(jié)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。

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