大功率發(fā)光二極管技術(shù)探討

摘要：隨著LED技術(shù)研究的不斷深入，大功率發(fā)光二極管在實(shí)際應(yīng)用中的應(yīng)用范圍越來越廣。文章對(duì)發(fā)光二極管的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹，尤其是現(xiàn)已涉及的實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域，從中總結(jié)出今后大功率發(fā)光二極管的研究方向，并分析了LED的主要類型和大功率發(fā)光二極管技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：LED；大功率；發(fā)光二極管；照明電源；新一代燈飾；汽車用燈 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TN312 文章編號(hào)：1009-2374（2015）27-0073-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.27.038

隨著LED技術(shù)研究的不斷深入，關(guān)于發(fā)光二極管技術(shù)的研究越來越多，其中一些大功率發(fā)光二極管在實(shí)際應(yīng)用中的應(yīng)用范圍也越來越廣，本文就主要對(duì)常用的大功率發(fā)光二極管技術(shù)予以簡單探討。

1 發(fā)光二極管的研究現(xiàn)狀

LED的研究一直保持著快速平穩(wěn)的發(fā)展水平，在20世紀(jì)90年代，發(fā)光二極管的研究取得了巨大的飛躍。相比于白熾燈，發(fā)光二極管的發(fā)光效率明顯增強(qiáng)，光強(qiáng)達(dá)到燭光級(jí)水平。在光的顏色選擇方面，發(fā)光二極管也覆蓋了從紅色光到藍(lán)色光的整個(gè)可見光譜范圍。這是一場偉大的技術(shù)革命，自此發(fā)光二極管從簡單低級(jí)的指示燈水平，跨越到超過一般通用光源水平的另一層面上。發(fā)光二極管依靠技術(shù)突破，在各個(gè)新領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用，例如交通信號(hào)燈、汽車信號(hào)燈、室外廣告牌、室外大型顯示屏，甚至包括一些較為特殊的照

明燈。

2 發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)電路的種類

由于發(fā)光二極管的使用功能、使用要求、使用條件不同，發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)電路的形式也不盡相同。一般有以下兩種分類：

2.1 依據(jù)驅(qū)動(dòng)源方式進(jìn)行分類

若將發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)源方式作為分類依據(jù)，可以將其劃分為這樣兩種類型：（1）電壓源驅(qū)動(dòng)的發(fā)光二極管，結(jié)構(gòu)簡單、便于使用是電壓源驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，但它同時(shí)存在著電阻損耗大、電流調(diào)節(jié)不便等劣勢。在早期，添加了鎮(zhèn)流電阻的電壓源驅(qū)動(dòng)方式被廣泛應(yīng)用于各種設(shè)備的工作指示、電源指示上。（2）電流源驅(qū)動(dòng)的發(fā)光二極管，發(fā)光二極管最理想的驅(qū)動(dòng)方式是電流源驅(qū)動(dòng)，主要包括三種應(yīng)用方式，即加鎮(zhèn)流電阻式、多路電流源式、高頻變壓器升壓式。

2.2 依據(jù)負(fù)載的不同連接方式進(jìn)行分類

若將發(fā)光二極管負(fù)載的不同連接方式作為主要的分類依據(jù)，可以將其劃分為這樣三種類型：（1）并聯(lián)型，多個(gè)發(fā)光二極管并聯(lián)，連接在驅(qū)動(dòng)電源上，構(gòu)成了發(fā)光二極管的并聯(lián)連接。因?yàn)椴煌陌l(fā)光二極管存在個(gè)性差異，因此流過每個(gè)發(fā)光二極管的電流大小不盡相同，從而導(dǎo)致每個(gè)發(fā)光二極管的工作特性也不相同，無法做到均勻發(fā)光。啟動(dòng)電壓較低的發(fā)光二極管有較大的電流通過，相比較而言，亮度較大，功耗較大，極易因過載而損壞。為避免這種不安全因素，可以在每個(gè)發(fā)光二極管上串聯(lián)一個(gè)小阻值的鎮(zhèn)流電阻。（2）串聯(lián)型作為最常用的連接方式，串聯(lián)型連接具有突出的優(yōu)勢：每個(gè)發(fā)光二極管中流過的電流大小相同，發(fā)光強(qiáng)度一致，擁有良好的均勻性。應(yīng)該重視的是，如果在同一回路中，僅有單個(gè)發(fā)光二極管發(fā)生了短路，電路電流保持不變，不會(huì)對(duì)其他發(fā)光二極管造成影響，但是，如果在同一回路中有單個(gè)發(fā)光二極管發(fā)生了斷路，電路就會(huì)斷開，其他發(fā)光二極管就無法正常工作。（3）串并聯(lián)混合型。根據(jù)實(shí)際的工作要求、應(yīng)用需要、驅(qū)動(dòng)方式、現(xiàn)場條件等，正確合理地綜合應(yīng)用串并聯(lián)連接方式，可以達(dá)到工作效率的最大化。

3 大功率發(fā)光二極管的應(yīng)用

發(fā)光二極管的光亮度越來越高、顏色選擇范圍越來越廣，因而也越來越廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。較低光通量的發(fā)光二極管多應(yīng)用于指示燈和顯示屏，隨著光通量也就是光亮度的提高，LED燈也由室內(nèi)發(fā)展到室外，應(yīng)用于功率信號(hào)燈、特殊照明燈等。

3.1 照明光源

發(fā)光二極管以白光形式作為照明光源，相較于一般的普通照明光源，優(yōu)勢顯而易見。LED光源因其無紅外線輻射，具有很好的隱蔽性，除此之外，發(fā)光二極管十分耐震，采用固體化的結(jié)構(gòu)，便于攜帶，而且十分適合以蓄電池方式充電。這些優(yōu)勢為LED燈在照明光源的應(yīng)用領(lǐng)域開辟了很大的空間。日常生活中的埋地?zé)艉筒萜簾粼缫央S處可見，發(fā)光二極管還在其他方面滿足著人們的照明需求，比如用作手電、學(xué)習(xí)臺(tái)燈、手術(shù)醫(yī)生的頭燈、顯微鏡的視場照明、室內(nèi)展覽館的照明等。

3.2 新一代燈飾

發(fā)光二極管在節(jié)能、長壽命、易驅(qū)動(dòng)、易控制、可變色、可閃爍等方面有著不可超越的優(yōu)勢，再加上隨著科技與工藝的進(jìn)步，發(fā)光二極管的亮度不斷提高，成本不斷下降，這一切都為發(fā)光二極管進(jìn)軍燈飾領(lǐng)域鋪平了道路。無論是街道、廣場，還是橋梁以及高大的建筑物，隨處可見用發(fā)光二極管制成的發(fā)光柱。

3.3 汽車用燈

汽車的方向燈、尾燈以及剎車指示燈，甚至包括車內(nèi)照明和儀表照明，都可以采用超高亮度的發(fā)光二極管作為光源。相比于白熾燈，LED燈有很多優(yōu)勢，比如說壽命長、節(jié)能、耐震等。作為剎車指示燈，LED的響應(yīng)時(shí)間要比白熾燈短得多，只需要60ns，白熾燈卻需要140ms，顯然有很大差距，這個(gè)差距在一般的高速公路上的直觀體現(xiàn)，是4～6m的行駛距離。

3.4 交通信號(hào)燈

多年之前，發(fā)光二極管就已經(jīng)作為光源應(yīng)用于航標(biāo)燈中，如今隨著LED燈的研究發(fā)展，發(fā)光二極管早已成為道路交通信號(hào)燈中不可或缺的元器件，省電、壽命長、免維護(hù)是LED信號(hào)燈非常突出的優(yōu)勢特點(diǎn)。目前，LED燈采用的發(fā)光波長是黃色光590nm、紅色光630nm、綠色光505nm。值得重視的是，為防止夏天的高溫環(huán)境影響發(fā)光二極管的壽命，應(yīng)注意不要使驅(qū)動(dòng)電流過大。交通信號(hào)燈的應(yīng)用領(lǐng)域還將被繼續(xù)開拓，相信在不遠(yuǎn)的將來，鐵路專用信號(hào)燈、機(jī)場專用信號(hào)燈也將大量采用發(fā)光二極管作為光源材料。

4 大功率發(fā)光二極管的光電特性

基瓦級(jí)白光發(fā)光二極管（LED）具有使用壽命長、環(huán)保節(jié)能等諸多的優(yōu)點(diǎn)，這使得其在實(shí)際應(yīng)用中的應(yīng)用范圍越來越廣，對(duì)其光通量及正向電壓與溫度之間的關(guān)系進(jìn)行簡單分析，當(dāng)LED在任意溫度之下被額定電流下點(diǎn)亮?xí)r，其在該溫度值之下達(dá)到熱平衡之后，其光通量及正向電壓會(huì)隨著溫度不同出現(xiàn)變化，如圖1所示：

圖1 光通量及電壓與溫度之間的關(guān)系

從圖1中可以看出隨著溫度的上升，LED的光通量與電壓都表現(xiàn)出逐漸下降的特點(diǎn)，對(duì)電壓隨著溫度變化的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，能夠得到其溫度與電壓之間的關(guān)系式如下所示：

式中：0.0033表示的是溫度系數(shù)，也就是說溫度每上升10℃，其電壓值就會(huì)減小0.33V。對(duì)光通量隨著溫度變化的情況進(jìn)行擬合，能夠得到光通量與溫度之間的關(guān)系式如下所示：

從上式中可以看出，溫度每上升10℃，光通量的減小值為0.55lm。

5 結(jié)語

大功率發(fā)光二極管有很多優(yōu)點(diǎn)，只有正確使用，才能充分發(fā)揮其工作效力。我們應(yīng)在對(duì)LED性能特點(diǎn)有著充分了解和認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行發(fā)光二極管的研發(fā)應(yīng)用。相信在不遠(yuǎn)的將來，有關(guān)發(fā)光二極管的研究項(xiàng)目必將取得更長足的進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：譚學(xué)文（1982-），男，吉林通化人，供職于江蘇省淮安工業(yè)中等專業(yè)學(xué)校，中教一級(jí)職稱，研究方向：

電子。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）