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      LED照明燈研究與設計

         日期:2016-03-25     來源:論文網    瀏覽:33    評論:0    

        LED作為新型光源,已經廣泛得到普及應用。LED與傳統光源相比,具有節能、環保、響應時間短、效率高、體積小、壽命長、抗震性好等多項優勢,因而受到人們的青睞,也成為當前各國半導體照明領域研究的熱點。本文圍繞LED用于照明燈的光學設計、散熱設計、電路設計等關鍵技術進行研究。

        ED(Light Emitting Diode),發光二極管,是一種固態的半導體器件,它可以直接把電轉化為光。/ED的心臟是一個半導體的晶片,一端是負極,另一端連接電源的正極,使整個晶片被環氧樹脂封裝起/子。但這兩種半導體連接起來的時候,它們之間就形成一個P-N結。當電流通過導線作用于這個晶片的時候,電子就會被推向P區,在P區里電子跟空穴復合,然后就會以光子的形式發出能量,這就是LED發光的原理。而光的波長也就是光的顏色,是由形成P-N結的材料決定的,然后四周用環氧樹脂密封,起到保護內部芯線的作用,所以 LED 的抗震性能好。

        2.白光LED照明新光源的應用前景

        隨著社會的進步,能源緊張成為一個不爭的事實,人們在節約和開發新能源上大做文章。普通照明用的白熾燈和鹵鎢燈雖價格便宜,但光效低(燈的熱效應白白耗電),壽命短,維護工作量大,但若用白光LED作照明,不僅光效高,而且壽命長,幾乎無需維護。目前,德國Hella公司利用白光LED開發了飛機閱讀燈;澳大利亞首都堪培拉的一條街道已用了白光LED作路燈照明;我國的城市交通管理燈也正用白光LED取代早期的交通秩序指示燈。可以預見不久的將來,白光LED定會進入家庭取代現有的照明燈。

        3.LED照明系統的電路設計

        LED是電流控制元件,通過流過的電流,直接將電能轉變為光能,故也稱光電轉換器。因其不存在摩擦損耗和機械損耗,所以在節能方面比一般的光源的效率高,但是LED光源并不能像一般的普通光源一樣可以直接使用電網電壓,它必須配置一個電壓轉換裝置,提供滿足其額定的電壓、電流,才能正常使用,即LED專用電源。但是各種不同的LED電源其性能和轉換效率各不相同,所以選擇合適、高效的LED專用電源,再加上合理的電路設計才能真正體現LED光源高效特性。

        3.1 LED燈的連接方式

        LED負載的連接形式直接關系到可靠性和使用壽命。一般有以下幾種連接方式:

        1.串聯方式:LED采用全部串聯的方式,即將多個LED的正極對負極連接成串。將多個LED串在一起,需要電源提供很高的電壓。當一只LED的品質不良短路時,分配在剩余的LED兩端的電壓將升高,驅動器的輸出電流會增加,容易損壞余下所有的LED。如果是采用恒流源方式供電,不產生影響。但當一只LED品質不良斷開后,串聯在一起的LED將全部不亮。

        2.并聯方式:在并聯設計中,需要電源提供較高的電流。該電路具有低電磁干擾、高效率的特點。不會因一個LED斷路而引起整個照明系統失效。當某一只LED因為品質不良而斷開,如果采用恒流源方式供電,會加大余下的LED的電流。如果采用恒壓源的方式,則不影響。說明恒流源方式驅動LED不適合采用并聯負載。

        3.混聯方式:在需要使用比較多的LED時,如果所有的LED串聯,將需要LED驅動器輸出較高的電壓;如果將所有的LED并聯,則需要LED驅動器輸出較大的電流。將所有的LED串聯或并聯,不但限制著LED的使用量,而且并聯LED負載電流較大,驅動器的成本也會增加。解決的辦法是混聯方式,所以我們采用的是混聯方式。

        3.2LED驅動電路性能分析

        驅動電路主要有以下幾大部分組成,一、整流濾波電流(供電電源是AC源);二、主干能量變換電路;三、開關器件的驅動和智能控制電路;四、反饋網絡和助電路。整個驅動電路的性能是由這幾部分的綜合效果,其中開關器件及其控制電路是決定功能性能的關鍵。下面簡單的介紹一下開關電路及其控制電路。

        恒流反饋電路的原理與設計。恒流反饋電路是通過采樣電阻,把驅動LED的電流信號轉化為電壓信號,在對采樣電壓信號進行放大處理后送到控制芯片的反饋端口。

        LM358芯片包括有兩個高增益、獨立的、內部頻率補償的雙運放,它的應用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運放的地方使用。所以我們選用放大器LM358實現恒流反饋。如圖3-2所示。

        電容C1和電阻R4提供環路補償。采樣電阻Rsense一般取0.1Ω,使用運算放大器的限流方式使電流采樣電壓最小化,從而降低了損耗,使效率提高。R1為TL431陰極提供回路。穩壓管D2可以在空載時,實現恒壓輸出,避免空載時損壞電路。同時在電路板做完后空載上電可以檢測電路是否正常。

        4.實驗結果及展望

        LED燈控制電路具有恒流控制、電流控制精度、過壓保護、欠壓保護、過流保護等功能。就通用室內照明應用,從成本考慮,大多設計功率在20W以內的LED燈管,從不斷增長的LED亮度來說20W符合未來LED照明光源發展要求。隨著大功率LED普遍在燈光裝飾和照明中的普遍使用,功率型LED驅動顯得越來越重要。用市電驅動大功率LED需要解決降壓和恒流問題,還要有比較高的轉換效率,有較小的體積,長時間工作,較低的成本,電磁干擾和功率因素等問題。如果能用交流(AC)直接驅動LED光源發光,系統應用方案將大大簡化,系統效率將很輕松地達到90%以上。用ACLED發光省去了成本不菲的AC/DC轉換器和恒流源,將展開全新的LED驅動概念。

       
      標簽: LED照明
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