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新型照明光源及LED的特性与应用


所属栏目:光电技术论文
发布时间:2013-01-30 09:45:24  更新时间:2013-01-30 09:31:26

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摘 要:本文简要介绍LED的基本特性,新型光源的应用。LED作为一种新型光源, 具有与传统光源不同的特性,LED驱动电源则是LED产业链发展的保障,LED电源的品质直接制约了LED产品的可靠性与应用。

关键词:LED;新型电源;应用

前言

改革开放以后,我国在大力发展核能、太阳能、火力、水力、风力发电方面,做出了极大地努力,加快了建设步伐,有效地缓解了我国电力紧张的被动局面。然而,随着国民经济的快速发展,我国电力供求矛盾仍然比较突出。

传统的照明技术存在一系列缺点,发光效率低、耗电量大、使用寿命短,光线中含有大量的紫外线、红外线辐射,照明灯具一般是交流驱动,不可避免的产生频闪而损害人的视力,普通节能灯的电子镇流器会产生电磁干扰,且荧光灯含有大量的汞和铅等重金属,无法全部回收,从而造成环境污染等问题。

近年来,经过科学家的技术攻关,一种新型光源技术-LED照明技术正在趋于成熟,LED即发光二极管,用砷化镓、磷化镓等化合物制成的。当它通过电流时,电子空穴直接复合,释放出大量能量,并发出红、澄、黄、绿、蓝等颜色的光芒。由于它具有工作电压低、耗电少、亮度高,投光远、工作温度范围宽(-30~85度)、机械强度高、既安全又环保的特点,成为了新一代固体冷光源,是全球新兴产业,LED照明灯具有巨大节能作用,每年以50%的速度增长,将会取代传统光源,从而引发人类照明史上的第四次革命,极大地改善人类的生存环境,缓解全球日益严峻的能源危机。

1 LED的特性

1.1 LED是单向导电器件,由于这个特点,就要用直流电流或者单向脉冲电流给LED供电。

1.2 LED是一个具有PN结结构的半导体器件,具有势垒电势,这就形成了导通门限电压,加在LED上的电压值超过这个门限电压时LED才会充分导通。

1. 3 LED的电流一电压特性是非线性的,流过LED的电流在数值上等于供电电源的电动势减去LED的势垒电势后再除以回路的总电阻(电源内阻、引线电阻和LED体电阻之和)。因此,流过LED的电流和加在LED两端的电压不成正比。

1. 4 流过LED的电流和LED的光通量的比值也是非线性的。LED的光通量随着流过LED的电流增加而增加,但却不成正比,越到后来光通量增加得越少。

1. 5 由于生产工艺和材料特性方面的差异,同样型号的LED的势垒电势以及LED的内阻也不完全一样,这就导致LED工作时的管压降不一致。

1. 6 LED的PN结的温度系数为负,温度升高时LED的势垒电势降低。由于这个特点,所以,LED不能直接用电压源供电,必须采取限流措施,否则随着LED工作时温度的升高,电流会越来越大,以致损坏LED。

2 新型照明光源的应用

LED由于环保、寿命长、光电效率高等众多优点,近年来在各行业应用得以快速发展,LED的驱动电源成了关注热点,理论上,LED的使用寿命在10万小时以上,根据LED具有可以勾勒轮廓、模拟任何色彩、制作线条灯具、光通量损耗小、维护费用低、体积很小、安全可靠,经久耐用等特点,LED的使用范围异常广泛。从理论上说,它可以应用到大型商业广告显示屏、城市重点建筑物夜景照明、公共道路交通照明、煤矿采煤掌子面隔爆照明,以及指示方向、地灯、步道和隧道照明。LED以其固有的优势取代传统光源霓虹灯,已经是照明器具系列发展的必然趋势。

当前,LED新型光源照明,主要用于商业装饰性的照明。特别是大功率LED的出现以后,由特殊的商业照明迅速发展到特种照明领域。比如汽车照明、城市夜景照明,楼体亮化工程、博物馆文物艺术品照明,以及背光照明等等。从LED照明灯具的底灯,吊灯,投射灯等结构装饰上,LED照明灯具可以完全适用于任何场合,包括美术馆,博物馆等对颜色度要求较高的场所。LED太阳能路灯,LED投光灯,LED吊顶灯,LED日光灯都已经批量生产,大力推行使用LED照明灯的时代已经到来,像10瓦的LED日光灯可以替换40瓦的普通日光灯或者节能灯,节能灯及白炽灯必然会被LED照明灯所取代。

3 LED驱动电源发展趋势

现在,LED的研究、开发和应用,虽然取得了举世瞩目的成就,但是也有不尽人意的地方。由于LED芯片发出的光是直线,发散性不好,平均照度较差,规模较大的商场,写字楼应用起来比较困难;LED灯管型照明灯具排列过密,设计成本过高,失去节能效果;LED照明灯具大面积室内照明在技术上还不够成熟,这些问题有待今后认真研究,切实加以解决。

未来的趋势是,先恒压,再线性恒流整合方式。电压保证在一定范围内适应负载需要,按LED有不同的Vf值3~3.6V之间,可按LED实际数量乘于3V计算出最低值,再按3.6V电压乘于数量计算出最大可能电压值,最终确定电源部分需要调整的电压范围,再线性恒流源后端恒流,可以多路恒流源并联使用,也可以单路多个恒流源增加电流使用。此外,LED 按照驱动电流的大小,又分为小功率LED和大功率LED。小功率LED多应用于以视看对象为主的显示屏等场合,而大功率LED才是照明用光源的发展方向。

参考文献:

[1]茅于海. LED 供电到底是采用恒压电源还是恒流电源[J].中国照明,2009( 12) : 54-58.

[2] 颜重光.发展迅速的AC直接驱动LED光源技术[J].电子产品世界,2009(2):64-66.

[3] 冯勇.白光LED可控恒流源驱动系统设计[J].电气开关,2008(2):29-31.

[4] 范俊杰.LED驱动电源的现状与展望[J].中国科技信息,2009(15):137-139.



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