第二章-LED驱动电路设计课程(一)祥解.ppt

光电子技术基础 ---LED驱动电路设计课程 1.1 人类照明的发展过程与LED步入照明领域 照明是人类特有的改变自身环境的行为。在远古时期人类的智慧积累相对很少，照明基本依赖自然光照明，这与其它动物的照明条件基本相同。随着人类文明和生产力的不断进步，人类的活动已不仅仅限于白天的自然光照明，开始需要自然光以外的人类特有的照明方式。 白炽灯的发明 我们的前辈、发明家爱迪生发明了用电供电的白炽灯，并使白炽灯实用化。这一创举使得人类在整个20世纪在有电的环境下无一例外的采用电灯照明，从而消除了火焰照明带来的空气污染。 然而，白炽灯的效率相对很低，仅有7%的电能转换为光能。从电能的利用率角度考虑这是一种效能低的人工照明方式，普通的白炽灯光效大约在每瓦10流明左右。因此人类将不断的追求效能更高的应用电能的照明方式。 荧光灯的发明使照明进入高效照明时期 美国人伊曼，在1938年发明了荧光灯。这是一种利用气体放电原理发光的新型光源。其光效从每瓦10流明增加到最初的每瓦40流明以上。很显然荧光灯的发光效果远高于白炽灯。随着荧光灯制造技术的不断进步，现在的荧光灯的最高光效可以达到每瓦110流明！ 然而不可否认的是，荧光灯的不仅体积大，还有汞污染的的问题，尽管现在的荧光光灯的含汞量已经大大的减小了。而且是否还有更洁净、更高光效的电光源则是人类不断的追求。 发光二极管的发明是照明进入固体照明时期 20世纪60年代末发光二极管（英文名：light emitting diode简称LED）问世。以后的很长一段时间内的可见光的LED仅仅是红光、黄光、绿光的LED。不仅如此，这时的LED光效也是很低的。 LED具有体积小、不怕磕碰的优点，不像白炽灯和荧光灯那样容易破碎。如果其光效能够达到或超过荧光灯的光效，而且成本能够降下来，则LED就会成为性能更加优异的电光源器件，这就是如今LED应用红火的主要原因之一。 白光LED的出现才真正的实现了LED照明 LED进入照明领域是蓝光LED发明后的事情，在此以前的LED都是单色的。跟据三基色原理，要利用单色光合成白光需要不可缺少的蓝光。因此蓝光LED的发明称为LED进入照明领域的关键技术之一。 LED能够进入照明领域的另一个关键技术就是经一步提高LED的光效。 各种电光源光效及其发展 白光LED的发展历程 从图中可以看到，即使是本世纪的前几年，LED的光效还是很低的，甚至在世纪交替时LED的光效与白炽灯差不多，直到2007年以后LED的光效才达到荧光灯的水平。 随着LED制造技术的提高，2005年以后，LED的光效在快速增长，目前的白光LED的光效已超过每瓦100流明。 当照明用的白光LED成本降低到可以大量商用的时候，LED照明时代就会真正的到来。 （1）LED正向特性 LED特性与普通的二极管相似，所不同的主要是不同颜色LED的正向电压不同。在实际应用中，利用的是LED正向特性。 对于一般作为指示灯用的LED，其正向电流大多为10mA左右。其正向电压分别为红外：约1V；红光：1.2V；绿光：1.4V；蓝光约3V。 图1.2 红光的LED光谱 图1.3 黄光的LED光谱 图1.4 绿光的LED光谱 图1.5 蓝光的LED光谱 （3）LED的指向性 LED是利用LED芯片发光，通过LED的外封装聚光或散光，不管聚光还是散光，LED发光的指向性强于其它电光源。LED的指向性可以分为：强指向型，一般指向型和散射型。 强指向性。一般为尖头环氧封装，或是带金属反射腔封装，且不加散射剂。半值角为5～20°或更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或与光检出器联用以组成自动检测系统。 一般指向型。通常作指示灯用，其半值角为20～45°。 散射型。这是视角较大的指示灯，半值角为45～90°或更大，散射剂的量较大。 （1）照明用LED的光谱特性 是否单色LED就可以作为照明用电光源呢？ 如果一种照明光源的光谱与太阳光的光谱相差甚远，则人眼会感觉非常不舒服的，而且也会导致快速的用眼疲劳，近视就是这类用眼疲劳的最明显的表现。 作为照明用的电光源的光谱引进可能的与太阳光的光谱相接近。一般的评判方法是评判光源与白光的接近程度，即显色性。 在海平面上的太阳的可见光光谱 太阳光谱图 人眼、白炽灯和各种LED 标准白光和白光LED 要想让LED发出的光谱能够与太阳光相近，需要利用三基色原理将红、绿、蓝三种光通过合适的比例混合成“白光”。 一般的白光LED的实现方法是在蓝色LED表面涂黄色荧光粉来获得所谓的白光，这种白光LED的光谱特性如图 利用红、绿、蓝三种颜色的LED组获得白光LED 很显然，利用合适的红、绿、蓝组合而成“白光”的显色性优于用荧光粉产生“白光”的显色性，但使用三