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超高亮led,超高亮LED优缺点及其应用

超高亮led,超高亮LED优缺点及其应用

  • 分类:索菲动态
  • 作者:
  • 来源:
  • 发布时间:2012-06-20 12:30
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【概要描述】

超高亮led,超高亮LED优缺点及其应用

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    发光二极管(Light Emitting Diode,LED)发明于20世纪60年代,它是利用半导体材料中的电子和空穴相互结合并释放出能量,使得能量带(Energy Gat,)位阶改变,以发光显示其所释放出的能量。LED具有体积小、寿命长、驱动电压低、耗电量低、反应速率快、耐震性佳等优点,被广泛应用于信号指示、数码显示等领域。随着技术的不断进步,超高亮LED的研制得到了成功,尤其是白光LED灯珠的研制成功,使得它越来越多地用在彩灯装饰、甚至照明领域。 
    1、超高亮白光LED的特点
    与传统的照明灯相比,超高亮LED具有如下优点:
    1)寿命长,可靠耐用,维护费用极为低廉LED可连续使用105h,比普通白炽灯泡长100倍;
    2)高效率现在已经可以达到201m/w.预计到2005年将达到501m/W[1],LED)的光谱几乎全部集中于可见光频段,其发光效率可达80%~90%,LED比节能灯还要节能1/4;
    3)色彩鲜艳,光色单纯 以12英寸的红色交通信号灯为例,它采用低光效的140W白炽灯作为光源,所产生的2000lm的白光经红色滤光片后,光损失90%,只剩下2001m的红光,而在Lumileds Lighting公司采用18个红色LED光源设计的灯中,包括电路损失在内,仅耗电14W,即可产生同样的光效;
    4)点亮速度快 汽车信号灯是LED光源应用的一个重要领域,由于LED响应速度快(ns级),在汽车上安装高位LED刹车灯,可以减少汽车追尾事故的发生。
    近年来高亮LED已经在汽车的近光灯中得到了应用,例如德国奥迪公司的奥迪A86.O,意大利Fioravanti公司在2003年日内瓦车展上推出的概念车Yak,美国福特公司不久前在底特律车展上推出的Model U都开始将高亮LED用于前照灯的设计中。
    尽管超高亮LED具有许多优点,但目前仍存在下述缺点:
    1)功率低市面上的单体LED功率一般在5W以下,还没有出现更大功率的LED,这是目前LED难以成为照明首选的最大瓶颈;
    2)需要严格控制温度 LED是一种半导体材料,与普通二极管一样具有PN结,由于高亮二极管的功率相对比较大,所以与功率半导体器件相同,需要考虑散热问题,结温过高会直接影响LED的寿命,并且会增大LED的光衰,情况严重的会将LED烧坏;
    3)价格高除了功率低,价格是LED难以成为照明的主要因素,虽然LED目前已被大多数人认识,也被多数人看好,但其高昂的价格难以被消费者接受,目前单体黄色LED大约O.6元/个,绿色与蓝色单体LED在1.8元/个左右,白色LED的价格达到了2.2~5.5元/个左右;如果将几十个单体LED组合,其成本将大大增加,如把一个LED安装在草坪灯里,其单价就相当于一般草坪灯的几倍,LED要成为未来照明的主流光源,就一定要朝着大流明方向发展,成本才有可能降低,市场才有可能突破。 
    2、超高亮LED的特性
    HPWA-xH00是Lumileds Lighting公司的一种超高亮LED,本文以它为例分析超高亮LED的特性。图1为正向压降(VF)和正向电流的(IF)关系曲线,由曲线可知,当正向电压超过某个阈值(约2V),即通常所说的导通电压之后,可近似认为,IF与VF成正比。当前超高亮LED的最高IF可达1A,而VF通常为3~4V。
    由于LED的光特性通常都描述为电流的函数,而不是电压的函数,光通量(φV)与IF的关系曲线如图2所示,因此,采用恒流源驱动可以更好地控制亮度。此外,由表1可知LED的正向压降变化范围比较大(最大可达1V以上),而由图1中的VF-IF曲线可知,VF的微小变化会引起较大的,IF变化,从而引起亮度的较大变化。所以,采用恒压源驱动不能保证LED亮度的一致性,并且影响LED的可靠性、寿命和光衰。因此,超高亮LED通常采用恒流源驱动。 
    3 超高亮LED的驱动电路
    由于受到LED功率水平的限制,通常需同时驱动多个LED以满足亮度需求,因此,需要专门的驱动电路来点亮LED。下面简要介绍LED驱动的主要电路。
    3.1 阻限流电路
    如3.2线性调节器
    线性调节器的核心是利用工作于线性区的功率三极管或MOSFFET作为一动态可调电阻来控制负载。线性调节器有并联型和串联型两种。
    由于分流调节器需要串联一个电阻,所以效率不高,并且在输入电压变化范围比较宽的情况下很难做到恒定的调节。
    图5(b)所示为串联型调节器,当输入电3.3开关调节器
    上述驱动技术不但受输入电压范围的限制,而且效率低。在用于低功率的普通LED驱动时,由于电流只有几个mA,因此损耗不明显,当用作电流有几百mA甚至更高的高亮LED的驱动时,功率电路的损耗就成了比较严重的问题。开关电源是目前能量变换中效率最高的,可以达到90%以上。Buek、Boost和Buck-Boost等功率变换器都可以用于LED的驱动,只是为了满足LED的恒流驱动,采用检测输出电流而不是检测输出电压进行反馈控制。
    图6(a)为采用Buck变换器的LED驱动电路,与传统的Buek变换器不同,开关管S移到电感L的后面,使得S源极接地,从而方便了S的驱动,LED与L串联,而续流二极管D与该串联电路反并联,该驱动电路不但简单而且不需要输出滤波电容,降低了成本。但是,Buck变换器是降压变换器,不适用于输入电压低或者多个LED串联的场合。 
    4 超高亮LED的驱动控制芯片介绍
    根据高亮LED大功率恒流驱动的特点,很多公司都推出了高亮LED的专用驱动控制芯片,例如:Melexis、lnfinton(英飞凌)、Lienear Technology(凌特)、Supenex Inc、Analog。Devices(ADI)等。
    4.1 MLxl0801芯片介绍
    MLXl0801是Melexi8公刊的一款针对汽车应用的LED驱动芯片,该芯片还可以用于继电器等线圈的驱动,以及用作电子熔断器。MLx10801芯片的原理框图如图7所示,它集成了功率MOSFET,最大驱动电流为350mA。用作LED驱动时,它具有如下特点:
    —外邵应用电路简单;
    —内部/外部温度检测保护;
    —高效率的开关电源驱动;
    —可以通过PWM输入控制亮度;
    —LED的参数可以调节并可以存储到片内NV存储器中。
    MLX10801虽然仅有8个管脚,但功能强大,表2为MLXl0801的管脚功能介绍。 
    4.2 大功率LED驱动芯片的比较
    当前主要大功率IED驱动控制芯片性能比较,在应用大功率IED驱动控制芯片时,可以依据不同的应用场合进行选择:
    1)当需要较高功率时可选择功率器件没有集成在芯片内的控制器,这样就可以按照实际的功率需求单独选择功率器件;
    2)当需要较高的变换效率时,如便携式设备等,可选择开关电源类的驱动电路;
    3)当应用于可靠性高的设备中,可选择具有温度保护、故障报警等控制功能全面的芯片;

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