【2017年整理】LED声控照明电路设计与实现.docVIP

LED声控照明电路设计与实现 LED（Lighting Emitting Diode）照明即是发光二极管照明，是一种半导体固体发光器件。它是利用固体半导体芯片作为发光材料，在半导体中通过载流子发生复合放出过剩的能量而引起光子发射，直接发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫、白色的光。LED照明产品就是利用LED作为光源制造出来的照明器具。 1.1 LED概述? 1.1.1 基本概念及照明原理LED是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I- N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光。假设发光是在P区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光。除了这种发光复合外，还有些电子被非发光中心（这个中心介于导带、介带中间附近）捕获，而后再与空穴复合，每次释放的能量不大，不能形成可见光。发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大，光量子效率越高。由于复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在靠近PN结面数 以内产生。理论和实践证明，光的峰值波长 与发光区域的半导体材料禁带宽度Eg有关，即????????????????????????????????? （1.1）式中Eg的单位为电子伏特（ev）。若能产生可见光（波长在380nm紫光～780nm红光），半导体材料的Eg应在3.26～1.63ev之间。比红光波长长的光为红外光。现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极管，但其中蓝光二极管成本、价格很高，使用不普遍[2]。? 1.1.2 LED照明的特性1? 极限参数（1）允许功耗Pm:允许加于LED两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。超过此值，LED发热、损坏。（2）最大正向直流电流IFm：允许加的最大的正向直流电流。超过此值可损坏二极管。（3）最大反向电压VRm：所允许加的最大反向电压。超过此值，发光二极管可能被击穿损坏。（4）工作环境topm:发光二极管可正常工作的环境温度范围。低于或高于此温度范围，发光二极管将不能正常工作，效率大大降低。2? 技术特征（1）发光效率高。LED的发光效率高于传统灯具。传统灯具大部分的电耗变成了热量损耗，而LED无需过滤可直接发出有色可见光，电耗直接转变成了光效,发光效率高。（2）耗电量少。LED采用直接驱动，反应速度快，可在高频操作。在同样照明效果的情况下，LED耗电量是白炽灯的八分之一，荧光灯管的二分之一，是节电降耗的最佳选择。（3）使用寿命长。LED 灯头体积小、重量轻，采用环氧树脂封装，可承受高强度冲击和震动，不易破碎。LED灯具平均使用寿长于传统灯具。（4）安全性强。LED发热量低，无热辐射，冷光源，可以安全接触；能精确控制光型、发光角度和发光颜色；不含汞、钠元素等可能危害健康的物质。（5）绿色环保。LED为全固体发光体，废弃物可回收，对环境无污染，有利于环境保护。? 1.1.3 LED与传统的照明设备比较（1）传统的照明设备（1.1）白炽灯：白炽灯是历史最悠久的灯，应用极为广泛，它的发光原理基于真空或中性气体中的灯丝通过电流加热到白炽状态引起的热辐射发光现象。它的优点是结构简单、价格低廉、使用方便、显色性好；缺点是发热大、发光效率较低、使用寿命较短、应特别注意，如果电源电压增加5，灯的寿命将缩短50％。（1.2）荧光灯：荧光灯家族包括普通日光灯和紧凑型荧光灯。它的原理是利用汞蒸气在外加电压作用下产生弧光放电，发出少许可见光和大量紫外线，紫外线又激励灯管内壁涂覆的荧光粉，使之发出大量的可见光。紧凑型荧光灯可逐步替代白炽灯：其节电率高，15W的紧凑型荧光灯亮度与75W的白炽灯相当。寿命长，平均寿命8000小时，最长达20000小时，白炽灯只有1000小时～2000小时。（1.3）放电灯：通过两电极放电使密封在灯泡内的气体发光，所有此类灯需加装镇流器限制电弧。（2）新型的照明设备LEDLED（Lighty Emitting Diode），又称发光二极管，它是利用固体半导体芯片作为发光材料，PN结的端电压构成一定势垒，当加正向偏置电压时势垒下降，P区和N区的多数载流子向对方扩散，由于电子迁移率比空穴迁移率大得多，所以会出现大量电子向P区扩散，构成对P区少数载流子的注入。这些电子与价带上的空穴复合，复合时得到的能量以光能的形式释放出去这就是PN结发光的原理[7]-[11]。? 1.1.4 LED灯具发光效率高光谱几乎全部集中于可见光，频率效率可达80%-90%