大功率LED驱动电路(精).pdf

实验二十一大功率LED驱动电路一、实验目的1、了解大功率LED的性能特点;2、了解大功率LED驱动电路的工作原理及其特点。二、基本原理1、大功率LED的发展历程纵观人类照明史,先后经历了火光照明、白炽灯照明、荧光灯照明。LED发光二极管作为加入照明家族的新成员,正处于蓬勃发展阶段。1998年白光LED的开发成功,使得LED应用从单纯的标识显示功能向照明功能迈出了实质性的一步。从1998年开发成功的白光LED以来短短的十多年时间里,发光效率从最初的5lm/W不断提高,到现在商用已达150lm/W,实验室已达200lm/W,其发光效率已经超过荧光灯。目前,大功率白光LED已进入商用和民用市场,除了常规的LED夜景灯,LED庭院灯、LED路灯、LED隧道灯已随处可见。预计不久的将来,随着大功率LED发光效率的不断提高以及价格的不断下降,白光LED将会取代传统照明光源成为通用照明灯进入千家万户。2、LED的优缺点与传统的照明灯相比,LED具有如下优点:(1寿命长,可靠耐用,维护费用低廉。LED可连续使用10万小时,大功率LED寿命也可达5万小时以上,比普通白炽灯泡长100倍;(2效率高、耗电小。现在商用大功率已经可以达到1501m/w,最终可达到200lm/W。LED的光谱几乎全部集中于可见光区域,其发光效率可达80%~90%,比节能灯还要节能1/4。以12英寸的红色交通信号灯为例,若采用低光效的140W白炽灯作为光源,所产生的2000lm的白光经红色滤光片后损失90%,只剩下2001m的红光,而采用18个红色LED即可产生同样的光效,但其耗电仅为14W(包括电路损失;(3绿色环保:由于采用电致发光的原理,不像荧光灯含有汞成分,废物可以回收,并且光谱中几乎没有紫外线和红外线,故没有辐射,是很好的绿色照明光源;(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;(5适用性广泛:LED元件的体积可以做得非常小,更加便于各种设备的布置和设计,适合于各种场合;(6控制管理:LED可以集中控制,也易于分散控制或对点进行调节控制,通过控制电路很容易调控亮度,实现多样的动态变化效果。尽管LED具有许多优点,但目前仍存在下述缺点:(1功率低。市面上的单个LED功率一般在10W以下,这是目前LED难以成为照明首选的最大瓶颈;(2需要严格控制工作温度。LED是一种半导体材料,与普通二极管一样具有PN结,由于大功率LED的工作电流比较大,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难以大规模应用的主要因素。目前1W级白光LED大约15元/个,如果将几十个LED组合,其成本将大大增加;(4驱动电路复杂、昂贵。大功率LED属于低电压、大电流功率器件(1W级白光LED正向电压约为3.5V正向,电流为350mA,必须用直流恒流驱动,驱动电路还要解决从交流电压(220V或110V向直流低压(如24V或48V高效转换问题,因此驱动电路较复杂、昂贵。总体而言,LED光源在很多领域有着其他光源无法替代的优势,具有广阔的发展前景。虽然高昂的价格还限制着LED灯进入家庭照明,但从长远来看LED必将替代传统电光源。功率LED最早由HP公司于20世纪90年代初推出“食人鱼”封装结构的LED,并于1994年推出改进型的“SnapLED”有两种工作电流,,分别为70mA和150mA,输入功率可达0.3W。单芯片瓦级功率LED最早由Lumileds公司于1998年推出的LuxeonLED,该封装结构首次采用热电通路分离的形式,将倒装芯片用硅载体直接焊接在热沉上,并采用反射杯、光学透镜和柔性透明胶等新结构和新材料,如图1所示,现可提供单芯片1、3、5W的大功率LED。Osram公司于2003年推出单芯片的“GoldenDragon”系列LED,输入功率可达1W。图2~4为不同封装形式的1W大功率LED的外形图。图3大源光电公司1WLED正向I-V曲线图1Cree公司XLamp系列大功率LED封装结构示意图(左;Philips公司Lumileds系列大功率LED封装结构示意图(右。图2Cree公司XLamp系列大功率LED外形图(左;Philips公司Lumileds系列大功率LED外形图(中;Osram公司大功率LED外形图(右。2大功率LED的特性图3为本实验采用的1WLED(生产厂商:台湾大源光电科技股份有限公司,TaYuanLightingTechnologyCompany,型号:WS-AL040XSZ-092型,黄色光的正向I-V特性曲线。由曲线可知,LED工作电流较小时