超高亮led綜合知識(shí)

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、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，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))，在汽車上安裝高位LED剎車燈，可以減少汽車追尾事故的發(fā)生。

近年來高亮LED已經(jīng)在汽車的近光燈中得到了應(yīng)用，例如德國奧迪公司的奧迪A86.O，意大利Fioravanti公司在2003年日內(nèi)瓦車展上推出的概念車Yak，美國福特公司不久前在底特律車展上推出的Model U都開始將高亮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，需要考慮散熱問題，結(jié)溫過高會(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)正向電壓超過某個(gè)閾值(約2V)，即通常所說的導(dǎo)通電壓之后，可近似認(rèn)為，IF與VF成正比。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)。

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，需要專門的驅(qū)動(dòng)電路來點(diǎn)亮LED。下面簡(jiǎn)要介紹LED驅(qū)動(dòng)的主要電路。

3．1 阻限流電路

如3．2線性調(diào)節(jié)器

線性調(diào)節(jié)器的核心是利用工作于線性區(qū)的功率三極管或MOSFFET作為一動(dòng)態(tài)可調(diào)電阻來控制負(fù)載。線性調(diào)節(jié)器有并聯(lián)型和串聯(lián)型兩種。
由于分流調(diào)節(jié)器需要串聯(lián)一個(gè)電阻，所以效率不高，并且在輸入電壓變化范圍比較寬的情況下很難做到恒定的調(diào)節(jié)。

圖5(b)所示為串聯(lián)型調(diào)節(jié)器，當(dāng)輸入電3．3開關(guān)調(diào)節(jié)器

上述驅(qū)動(dòng)技術(shù)不但受輸入電壓范圍的限制，而且效率低。在用于低功率的普通LED驅(qū)動(dòng)時(shí)，由于電流只有幾個(gè)mA，因此損耗不明顯，當(dāng)用作電流有幾百mA甚至更高的高亮LED的驅(qū)動(dòng)時(shí)，功率電路的損耗就成了比較嚴(yán)重的問題。開關(guān)電源是目前能量變換中效率最高的，可以達(dá)到90％以上。Buek、Boost和Buck-Boost等功率變換器都可以用于LED的驅(qū)動(dòng)，只是為了滿足LED的恒流驅(qū)動(dòng)，采用檢測(cè)輸出電流而不是檢測(cè)輸出電壓進(jìn)行反饋控制。

圖6(a)為采用Buck變換器的LED驅(qū)動(dòng)電路，與傳統(tǒng)的Buek變換器不同，開關(guān)管S移到電感L的后面，使得S源極接地，從而方便了S的驅(qū)動(dòng)，LED與L串聯(lián)，而續(xù)流二極管D與該串聯(lián)電路反并聯(lián)，該驅(qū)動(dòng)電路不但簡(jiǎn)單而且不需要輸出濾波電容，降低了成本。但是，Buck變換器是降壓變換器，不適用于輸入電壓低或者多個(gè)LED串聯(lián)的場(chǎng)合。

4 超高亮LED的驅(qū)動(dòng)控制芯片介紹

根據(jù)高亮LED大功率恒流驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)，很多公司都推出了高亮LED的專用驅(qū)動(dòng)控制芯片，例如：Melexis、lnfinton(英飛凌)、Lienear Technology(凌特)、Supenex Inc、Analog。Devices(ADI)等。

4．1 MLxl0801芯片介紹

MLXl0801是Melexi8公刊的一款針對(duì)汽車應(yīng)用的LED驅(qū)動(dòng)芯片，該芯片還可以用于繼電器等線圈的驅(qū)動(dòng)，以及用作電子熔斷器。MLx10801芯片的原理框圖如圖7所示，它集成了功率MOSFET，最大驅(qū)動(dòng)電流為350mA。用作LED驅(qū)動(dòng)時(shí)，它具有如下特點(diǎn)：

—外邵應(yīng)用電路簡(jiǎn)單；

—內(nèi)部／外部溫度檢測(cè)保護(hù)；

—高效率的開關(guān)電源驅(qū)動(dòng)；

—可以通過PWM輸入控制亮度；

—LED的參數(shù)可以調(diào)節(jié)并可以存儲(chǔ)到片內(nèi)NV存儲(chǔ)器中。

MLX10801雖然僅有8個(gè)管腳，但功能強(qiáng)大，表2為MLXl0801的管腳功能介紹。

4.2 大功率LED驅(qū)動(dòng)芯片的比較

當(dāng)前主要大功率IED驅(qū)動(dòng)控制芯片性能比較，在應(yīng)用大功率IED驅(qū)動(dòng)控制芯片時(shí)，可以依據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合進(jìn)行選擇：

1)當(dāng)需要較高功率時(shí)可選擇功率器件沒有集成在芯片內(nèi)的控制器，這樣就可以按照實(shí)際的功率需求單獨(dú)選擇功率器件；

2)當(dāng)需要較高的變換效率時(shí)，如便攜式設(shè)備等，可選擇開關(guān)電源類的驅(qū)動(dòng)電路；