led照明製作專集（1）
2010-04-28 13:49:09**： 檢視次數：10300
關鍵字：led照明製作專集（1） 2023年第5期 2023年期刊文章電子製作資料庫專題綜述
一、led基礎知識
1、led發光原理
led（light emitting diode）是發光二極體的簡稱。由鎵（ga）與砷（as）、磷（p）的化合物製成的二極體，當電子與空穴復合時能輻射出可見光，因而可以用來製成發光二極體，在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數字顯示。磷砷化鎵二極體發紅光，磷化鎵二極體發綠光，碳化矽二極體發黃光。
隨著科技的進步，出現了可以發出類似白熾燈光色的led，這就為現代照明提供了一種壽命長，效率高的照明光源，最為可貴的是，led器件具有長達5萬以至10萬小時以上壽命，適合多種場合應用的特點。
圖一所示是功率為1w的led晶元正向驅動電流與輸出亮度的關係，從中可以看出，驅動電流與流明輸出在350ma範圍內呈現明顯的線性關係。但是，隨著正向電流的增加，兩者之間漸漸出現非線性關係。當驅動電流超過線性範圍時，每瓦產生的流明效率將會降低，而**性範圍內，每瓦產生的流明數將呈現上公升的趨勢。
當驅動電流超過線性範圍時，會導致輸出功率從led轉換為熱能形式，此種熱能會成為led驅動器的負擔，增加熱能設計的複雜度，並降低led壽命。所以對於1w功率的led器件，其正向驅動電流不超過350ma。 對於目前常用的ф5小功率led燈珠，正向電流不超過20ma。
對於3w大功率led晶元，正向電流不宜超過700ma。
二、led設計基礎
1、led驅動電源的設計要點
根據led的特性，其安全的使用方法是採用恆流式驅動， 恆流驅動電路特點是：輸出的電流是恆定的，而輸出的直流電壓卻隨著負載阻值的大小不同在一定範圍內變化，負載阻值小，輸出電壓就低，負載阻值越大，輸出電壓也就越高。
細心的讀者可能會發現，目前市場上以led為主要器件的成品，大多採用簡單的電容降壓方式，通過電容達到恆流作用，這類產品有乙個致命的缺點，那就是往往在開關電源的瞬間，一下子將led器件全部燒毀，其原因在於，電容器的充放電特性造成的，在這裡電容器處於微分電路的電容，發光管內阻等等效於微分電路中的電阻，微分電路的時間引數t=0.7rc,則在t的充放電的瞬間，流過led的瞬間電流極大（可能達到正常電流的數十倍以至數百倍），造成瞬間永久性的損壞晶元。
乙個可靠性較高的led驅動電路如圖一（比較適合二手led串聯應用）：
這個電路中，c 1可以省略，另外u1可以用**低廉的普通二極體代替，該電路的缺點在於其效率較低，當使用數十個（65個以下）以上的發光管串聯時，效率較高。本電路還可以簡化，取消u1及c1，q1基極直接與r1下端相連即可，穩定流為0.6/r1決定，當r1取30歐姆時，恆定電流為20ma。
理論上led都是能發光的二極體，而實際上所有led的電效能都是不一樣的，特別對於電子愛好者容易得到的二手led，每支led的閥值vf都有差異，這就是說led的發光強度與驅動電流是不完全相同的，或者相差很大，此時設計者就需要針對實際情況加以分析採用最合理的設計方案，才可能達到最有效的可靠性及經濟效益。
由於led屬於電流型器件，嚴格的說只能採用串聯工作方式，在併聯工作狀態下，必須對所併聯的發光管進行帥選，不論併聯的管子多少，實踐證明管壓降差不得超過0.005v，否則很容易造成損壞。前幾年我國市場上出現了許多由7、9甚至更多的led併聯生產的手電筒，曾經也風光一時，但是自出現了單只管子的1w、3w、5w的led手電筒之後，這種以串聯方式生產的手電筒在**上則直線下降，到了幾乎無人問津的地步，恐怕就不完全是手電筒外形等原因了，關鍵在於技術方式落後，可靠性差才是問題的關鍵了。
最為理想的led驅動電路是pwm恆流控制方式的開關電源，主要由四部分組成，輸入整流濾波部分、輸出整流濾波部分、pwm穩流控制部分、開關能量轉換部分。pwm開關穩流的基本工作原理就是在輸入電壓、內部引數及外接負載變化的情況下，控制電路通過被控制訊號與基準訊號的差值進行閉環反饋，調節主電路開關器件導通的脈衝寬度，使得開關電源的輸出電流穩定（即恆流電源）。電源效率極高，一般可以做到80%～90%，輸出電流相當穩定。
一般這種電路都有完善的保護措施，屬高可靠性電源。其缺點在於成本較高。
2、led的散熱解決方案
led的散熱問題也是設計者必須考慮的關鍵問題，led的光衰與led的工作時間和工作電流以及led工作時的溫度有關。正確工作狀態下led的工作壽命至少可以達到5萬小時以上，一般達到10萬甚至幾十萬是很輕鬆的，然而一旦出現環境溫度過高，工作電流過大，則將造成led的壽命急劇下降，甚至造成永久的損壞。一般的小功率led應用時可以不必考慮散熱的問題，但是目前工作電流達60—150ma的中功率led已經出現，這時就要求設計者不得不考慮led正常工作中的散熱問題，好在外徑8mm，工作電流為150ma的一種發白光的led其管腳比較粗，基本上可以利用其粗壯的管腳進行散熱，但是對更大功率如1w及以上的3w、5w甚至10w以上的led則必須加散熱片才算是正常的工作環境。
圖二是led發光二極體工作時溫度與電流曲線
大多數電子愛好者都知道，pn結半導體器件正在嚮導通後，結電壓vf隨環境溫度上公升而下降，即：-2mv/℃，稱pn結的負溫度效應，利用該特性可製成溫度感測器，但該特性在發光應用上卻是致命的缺陷，直接影響它的發光效率。發光亮度、發光色度。
通俗舉例，常溫25℃時，選擇led最佳工作電流20ma，當環境溫度公升到85℃，結電壓vf下降,工作電流急劇增加到35-37ma，見圖二,電流曲線ⅰ,溫度下降至-40℃時，結電壓vf上公升，最佳工作電流將從20ma減小8-10ma.,發光亮度也隨電流的減少而降低，達不到場所所需的照度。
為了避免上述不良現象，一般在led的相關產品上，通常需要採用一些措施。如將led裝在散熱板上，或風機風冷降溫或者led採用恆流源的供電方式，不會因led隨溫度上公升引起電流增加，防止pn結惡性公升溫，或兩種方法並用。實踐證明，用於大功率led燈（如廣告背景燈、街燈），家散熱器確實是行之有效的措施。
但led燈進入尋常百姓家就碰到如下問題了：散熱板，風冷能否集約在乙個普通燈頭的空間；採用積體電路或諸多元器件組成的恆流源電路，它的壽命和可靠性將不取決led，根據「木桶理論」整個系統的可靠性則將取決於某種如溫公升等「短板」了。
《無線電》，組成乙個溫度係數極小電阻型負載是乙個廉價且效果不錯的選擇。一旦工作電壓確定後，串聯迴路中的電流，將不會隨溫度變化而變化，通俗地說，當led隨溫度公升高電流增加時，熱敏電阻也隨溫度公升高，電阻變大，阻止了迴路電流上公升，當led隨溫度下降，電流減小時，熱敏電阻也隨溫度下降電阻變小，阻止了迴路電流的減少。當匹配得當，當環境溫度在-40℃~85℃範圍內變化時，led的最佳工作電流不會明顯變化，見圖二電流曲線ⅱ。
（串入熱敏電阻的電流曲線ⅱ，與沒有串入熱敏電阻的電流曲線ⅰ對照圖）從圖一可以看到，採用熱敏電阻溫度補償方法與積體電路等元件組成的恆流源相比，有著異曲同工之處，但最大的差異是用一種元件就解決了led的恆流問題，其**、體積、壽命等優勢也不言而喻。
該公司產正溫度熱敏電阻wmzd常用規格見表
wmzd led恆流源補償熱敏電阻為了滿足要求可以多組串聯使用，也可以併聯使用，讀者完全可以根據需要靈活選擇應用以達到提高可靠性的作用。
3、220v交流led驅動電路
由n路單元電路的電流之和，確定直流電源的輸出電流，如採用輸入電壓有較大變化的220v ac/dc轉換的直流電源，請考慮穩壓措施。
led燈220v交流供電的基本電路
led燈220v交流供電的基本電路，220v經1a橋式整流後，接入由熱敏電阻a20和5只led/20ma組成的單元電路，共計12組，計算12組的工作電壓＝(3v+3.3v×5)×12＝234v，(式中3v是恆流用5a20的壓降，3.3v是led的電壓)，計算電壓大於220v，可放心接入220v整流電源，接入後迴路電流應在18~20ma之間，因led的電壓離散性較大，在3.
0v~3.6v之間，如檢測迴路電流大於20ma，可增添乙隻led或乙隻5a20電阻，將電流降下來，反之可減去乙隻led，將電流公升上去。該led燈實耗功率4.
5w，其中用作恆流的12只a20，共耗用0.72w，直接用於發光的60只led，共耗用3.78w，電源轉換效率達84%。
整組燈亮度接近8w螢光燈。本方案基本電路簡單，可靠，高效，具有實用性。
220v橋式整流後不需要按常規併聯慮波電介電容，led可用脈動電流驅動發光,橋式整流後的電流是每秒100個連續正弦波，過零時間非常短，不會感覺有頻閃現。併聯電容後，雖對輸出電流起平滑濾波作用，但一則增加成本，二則電介電容常處於衝電放態狀，其壽命遠遠低於led，因此不用為宜。
4、led照明設計技巧
led是冷光源,可選用色彩繽紛的塑料口杯、咖啡杯當燈罩，做成情調各異的裝飾杯燈、筒燈、檯燈、床頭燈，另取聚乙烯塑料瓶蓋、碗蓋或廢舊碟片，剪成與燈罩相配的形狀,作電路板用，led排例時用針穿孔定位，將兩腳插入，在反面焊接，連成電路即可。做杯燈、筒燈
led調光檯燈、杯燈
如將上圖電路稍作改變，變成led直流調光燈,如下圖
電晶體三極體13002與220k電位器(帶開關)組合成調光電阻，當燈全亮時，迴路電流20ma，13002導通(壓降0.7v)時近無功耗，當燈半亮時10ma，13002耗0.34w，當燈低亮時5ma，13002耗0.
26w，該電路簡單可靠，調光效果好,製作成本極低。如家中有白織燈調光檯燈，也可按下圖線路圖接法，無需改動雙向可控矽調光電路，就可變成led交流調光燈，更節電，但是光度弱的情況下。對光敏感的人可能會有頻閃感。
實物見**1. led日光燈、頂燈
做個室內日光燈或頂燈電路，用了60只led相當8w螢光燈的亮度，明顯不夠，如並聯成二路，用120只led，可相當16w螢光燈。並聯成三路，用180只led，可相當25w螢光燈，以此類推。因用市電220v直接整流輸出，電源內阻極小，可併聯任意路燈不會引起整流輸出電壓變化，僅需考慮整流管的承受電流。
也可以不增加併聯路數，選用30ma的高亮led(如食人魚)或0.3w/100ma的led，來達到提高亮度的需求。
LED路燈照明方案
內蒙led路燈 照明工程 設計方案 北京同創永聚科技發展 位址 北京市海淀區西北旺鎮永豐科技園大牛坊路28號 01062443383 傳真 01013 郵編 100095 附件一 路燈施工方案 附件二 表 北京同創永聚科技發展 成立於2003年，公司位於中國北京市海淀區，毗鄰機場 鐵路 高速公路，交...
LED照明產品命名規則
成品燈 01 hd本系列流水號00 99擴充套件產品 電壓色溫 功率 燈名稱 公司 如 hd t818 b65 00 hd代表華鼎 t8代表日光燈管 18代表功率18w b代表電源220vac 65代表色溫6500 500k 00代表同類產品序列號00款 公司 華鼎 hd 燈名稱 日光燈 t tub...
led節能燈照明革命
led資料 一 led生產工藝 1 工藝 a 清洗 採用超聲波清洗pcb或led支架，並烘乾。b 裝架 在led管芯底部電極備上銀膠後進行擴張，將擴張後的管芯安置在刺晶台上，在顯微鏡下用刺晶筆將管芯乙個乙個安裝在pcb或led相應的焊盤上，隨後進行燒結使銀膠固化。c 壓焊 用鋁絲或金絲焊機將電極連線...