原创 大功率白光LED介绍(大功率白光LED驱动技术。连载一)

2006-9-27 19:56 12040 11 16 分类: 电源/新能源

作者: Panic 2006年9月27日


已经看过本篇的请看连载的其他篇目:


大功率白光LED介绍(大功率白光LED驱动技术。连载一)


现有的大功率白光LED成品驱动电路(大功率白光LED驱动技术。连载二)


基于MCU的大功率LED驱动电路(大功率白光LED驱动技术。连载三)


基于MCU的大功率LEDPWM驱动电路(大功率白光LED驱动技术。连载四)


实际组装,问题浮现(大功率白光LED驱动技术。连载五)


我有一部山地自行车,一直想装一个LED车头灯。有在市场了解一些成品的资料,发现要么太贵,要么性能很差。


大约2006年4月份,我萌生了自己DIY一个的想法。



中间的过程很曲折,所以我决定把这个过程写成一个连载,以方便阅读。这是连载的第一篇,主要介绍大功率LED的一些基本资料。



LED目前相对其他光源的优势主要体现在体积,光效和寿命上,LED和其他光源的对比请参考这一篇文章《白光LED和其他光源的比较


 


白光LED的发光原理很特别,是采用蓝光核心,外加荧光粉,荧光粉依靠核心的激发产生复色光,和蓝光混合之后,视觉上感觉是白色的。根据荧光粉的构成比例不同,白光LED也有不同色温的产品。



大功率LED目前比较普遍的产品有两种,一种是单核心(发光体),一种是多核心。


单核心产品在体积和重量等方面占有很大优势,而且接近点光源,可以获得良好的聚光效果,也能产生均匀的漫射,因此用途最广。主要的用途是LED手电,头灯,小型便携式照明设备,小型闪光灯等。


缺点也很明显,因为空间有限,单体功率不容易做大,功率提升到一定程度后,需要的散热设备占据了LED的大部分封装空间。


多核心产品是采用多个单核心的发光体,按照一定的规律排成发光体阵列,然后用串连和并联的方式连接起来,封装在同一个散热基板上。


多核心的优点是很容易制作超过10W的产品,缺点是发光体面积大,不容易实现聚焦。而且随着功率增长,驱动需求也大幅度提高,相当多的多核心产品都要求10V甚至接近20V的驱动电压和1A左右的驱动电流。



这里我们只讨论单核心的产品,以Lumileds的产品系列为例:(公司的网址是www.luxeonstar.com,这个公司的产品遍及全球,其他公司也有一些与其兼容的产品)



Lumileds的白光LED主要有1W,3W,5W和K2系列。1W,3W和5W产品都有额定的驱动电压和电流,而K2则允许相当宽的驱动范围,最大电流高达1.5A。


LED的个体差异比较大,一般我们认为,LED的正向压降在3.0V到4.0V之间,额定状态下,1W的驱动电流是350mA,3W是700mA-1A,而5W是700mA,依靠接近7V的正向压降提升功率。


包括台湾在内的一些地方厂家,使用Lumileds的核心,自己做封装,生产了和Lumileds系列完全兼容的产品,价格上便宜一些,性能上相差也不大,只是批量产品的个体差异相对比较大。



LED的色温和光效都不是恒定值,随着驱动电流的升高,色温会逐渐向暖色变化,而光效在电流达到一定数值之后,会随着驱动电流的继续增加而持续降低。


光效开始降低的那个驱动电流,实际上比额定电流小非常多,这个时候LED拥有最高的光效。但是为什么不把这个电流作为LED的额定驱动电流呢?很多人会有这个疑问。原因很简单,大功率LED的存在,是以其能在有限空间内发挥更大的功率而设计的,并不是单纯追求高光效。


最终LED能够造成的实际照明效果,更多的是由外部的光学配件决定,大功率LED把核心压缩在一个接近点光源的状态,极大提高了对外部光学设备的利用率,从而有效的提升了最终的照明效果(从这个角度讲,多核心LED是对这个优点的抹杀)。



LED的失效形式,除了物理破坏,反向击穿等之外,主要是热损坏,这使得对LED的保护主要集中在散热上。而且,如果散热良好,大功率 LED即使工作在超过其额定功率的状态,也不会有很明显的损坏,这和PC上对CPU超频使用非常相似,因此LED的用户也把这种超功率使用叫做“超频”。


由于热损坏是一种需要时间累积的破坏,因此LED短时间内工作在远高于额定的状态,一般也不会造成永久性的损坏。这个特性使得LED可以用平均电流符合其额定值,但是瞬间电流高于其额定值的脉冲电流驱动。


举个例子:比如3W LED的额定驱动电流为700mA,那么我可以使用一个1.4A,占空比为50%的方波驱动。这个时候LED的平均功率仍然接近其额定值。但是由于LED在1.4A下的光效远低于700mA,所以尽管功率接近,但是实际亮度却会降低。



对于大功率LED的亮度调节,一般都是采用电流调节,但是官方推荐的方式却是用PWM调节。这是为什么呢?其实原因也很简单。


由于LED的 电流/光通量曲线并非线性,单纯调节电流并不能得到线性的光照效果,而PWM方式则可以更好的得到线性的结果。同时LED的色温随驱动电流变化,降低电流之后有可能会使得色温偏离需求,而PWM方式只要开启状态的电流能够达到色温的要求,则最终色温也一定满足要求。



以上是大功率白光LED的一些资料,可能会和其他无论是官方还是权威的有所不同,不过这些都是实际使用和测试的结果,相信更加具有参考的价值。



下一篇我会介绍目前LED驱动电路的几种基本形式和各自的优缺点,近期推出,敬请关注:D

文章评论5条评论)

登录后参与讨论

用户311624 2011-2-28 18:29

可以转载你的文章吗?

路边侬 2007-12-27 17:48

博主牛人

看完收获不小。

用户1053025 2007-2-26 14:36

所以!我的眼睛就是这样近视的!索赔!

用户42895 2007-2-16 11:55

国家标准没有规定室内照明的流明数。实际上根本就没规定室内照明的任何参数。
唯一相关的就是规定教室照度应达到150勒克斯,而国际标准是500
勒克斯。
勒克斯的计算是 流明/平米,换句话说,在光能达到100%利用的情况下,一间100平米的教室需要15000流明的光输入才能实现达到国标的照度,实际由于效率问题需要两倍甚至更多的光通量。
对于灯来说,不存在是否达到国标的问题,因为光通量可以依靠灯的数量增加来累积。在这个问题上,你的观点是完全错误的。

在现阶段,实际使用的白光LED产品在1.5W功率下,还不能达到110流明的光通量,所以你的数据值得怀疑。

最后,LED用于常规照明,在性价比上还没有达到市场可以接受的程度,尤其在资金投入薄弱的中国教育上。

用户1053025 2006-9-29 14:10

呵呵,兴趣和灵感都来源于生活!这方面你可以和qs7785yj讨论一下。他是给自己的自行车做了一个超炫的尾灯。
相关推荐阅读
用户42895 2009-04-06 02:10
尘封许久,我又回来了
经历了工作的变动,我来到了杭州,数月的封闭开发。。。安装了无线上网卡,以几十k的速度,我又爬回了阔别已久的因特网。。。一种亲切的感觉又回来了。在此先感谢一下EDN,以及EDN的各位朋友在过去的岁月里给...
用户42895 2008-11-07 09:46
提高警惕,谨防QQ诈骗
作者: Panic 2008年11月7日近来QQ上经常收到一类消息,比如:    中南大学长沙铁道学院06级学生吴燕,女,今年22 岁,因突发亚急性肝衰竭,住院两周,病情严重,已报病危,目前急需0ML...
用户42895 2008-08-21 22:44
研究表明OLED电光转换效率只能达到25%
原文:Plastic OLEDs may have efficiency limit of 25%信息很明确,最新的研究表明,OLED的电光转换效率,不会超过25%。这个数值大大低于之前预计的高达63...
用户42895 2008-07-22 03:02
LED的理论极限,写在osram的记录之后
作者: Panic 2008年7月22日写这点东西只是为了让人们了解LED行业,离最终的完美还有多远。白光LED,极限驱动电压是2.8V,理论上的最低值,因此在理论出现突破之前,不会出现驱动电压低于这...
用户42895 2008-07-22 01:45
大功率LED新突破,Osram打破僵局!500流明@1.4安培
作者: Panic 2008年7月22日LED行业似乎已经沉默了太久了,在整个行业处于领先位置的CREE,日亚化工,lumileds(飞利浦旗下)最近都没有新的消息,首先打破寂静的竟然是Osram。日...
用户42895 2008-04-16 15:37
免换水骗局之“阿科蔓技术”
作者:Panic 2008年4月16日最近突然有人在各个水族论坛发所谓十年免换水的“阿科蔓技术”,于是仔细搜索了一番,发现又是一个骗局。背景知识:水族箱为什么要换水?在饲养观赏鱼,或者酒店的活鱼水箱中...
我要评论
5
11
关闭 站长推荐上一条 /2 下一条