专题资料(2021-2022年)LED产品知识.doc
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1、LED 产品知识led 光源使用寿命长、节能省电、应用简单方便、使用成本低,因而在家庭照明都将得到海量的应用。led 光源的技术日趋成熟,每瓦发光流明迅速增长,促使其逐年递减降价。led 灯具的高节能、长寿命、利环保的优越性能获得普遍的公认。led 高节能:直流驱动,超低功耗(单管 0.03 瓦-1 瓦)电光功率转换接近 100%,相同照明效果比传统光源节能 80%以上。led 长寿命:led 光源被称为长寿灯。固体冷光源,环氧树脂封装,灯体内也没有松动的部分,不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰快等缺点。led 寿命:使用寿命可达 5 万到 10 万小时,比传统光源寿命长 10 倍以上。led
2、利环保:led 是一种绿色光源,环保效益更佳。光谱中没有紫外线和红外线,热量低和无频闪,无辐射,而且废弃物可回收,没有污染不含汞元素,冷光源,可以安全触摸,属于典型的绿色照明光源。LEDLED 照明优势无法体现照明优势无法体现 关键在于低压驱动芯片关键在于低压驱动芯片led 光源工作特点照明用 led 光源的 VF 电压都很低,一般 VF=2.75-3.8V,IF 在 15-1400mA;因此 led 驱动IC 的输出电压是 VF X N 或 VF X 1,IF 恒流在 15-1400mA。led 灯具使用的 led 光源有小功率(IF=15-20mA)和大功率(IF200mA)二种,小功率
3、led 多用来做 led 日光灯、装饰灯、格栅灯;大功率 led 用来做家庭照明灯、射灯、水底灯、洗墙灯、路灯、隧道灯、汽车工作灯等。功率 led 光源是低电压、大电流驱动的器件,其发光的强度由流过 led 的电流大小决定,电流过强会引起 led 光的衰减,电流过弱会影响 led 的发光强度,因此,led 的驱动需要提供恒流电源,以保证大功率 led 使用的安全性,同时达到理想的发光强度。在 led 照明领域,要体现出节能和长寿命的特点,选择好 led 驱动 IC 至关重要,没有好的驱动 IC 的匹配,led 照明的优势无法体现。led灯具对低压驱动芯片的要求:1、驱动芯片的封装应有利于驱动芯
4、片管芯的快速散热,如将管芯(Die)直接绑定在铜板上,并有一 Pin 直接延伸到封装外,便于直接焊接在 PCB 板的铜箔上迅速导热。如在一个类似 4X4mm 的硅片管芯上,要长时间通过300-1000mA 的电流,必然有功耗,必然会发热,芯片本身的物理散热结构也是至关重要的。2、驱动芯片本身的抗 EMI、噪音、耐高压的能力也关系到整个 led 灯具产品能否顺利通过 CE、UL 等认证,因此驱动芯片本身在设计伊始就要选用优秀的拓朴结构和高压的生产工艺。3、驱动芯片自身功耗要求小于 0.5W,开关工作频率要求大于 120Hz,以免工频干扰而产生可见闪烁。led绿色照明促使驱动芯片向创新设计发展,l
5、ed 灯具照明是离不开驱动芯片的,因此需要多种功能的 led 光源驱动IC。led 灯具选用 36V 以下的交流电源可以考虑非隔离供电,如选用 220V 和 100V 的交流电源应考虑隔离供电。直接使用 AC100-220V 的驱动芯片,因应用体积苛求,在技术上还有更高的要求、更大的难度,目前各国都在努力开发中。led 灯具的海量需求市场给所有集成电路设计公司再次成功的机会,快速转型、早出产品,赢的机会多多。4、驱动芯片的标称输入电压范围应当满足 DC8-40V,以覆盖应用面的需要,耐压如能大于 45V 更好;AC 12V或 24 V 输入时简单的桥式整流器输出电压会随电网电压波动,特别是电压
6、偏高时输出直流电压也会偏高,驱动IC 如不能适应宽电压范围,往往在电网电压升高时会被击穿,led 光源也因此被烧毁。5、驱动芯片的标称输出电流要求大于 1.2-1.5A,作为照明用的 led 光源,1W 功率的 led 光源其标称工作电流为 350mA,3W 功率的 led 光源其标称工作电流为 700mA,功率大的需要更大的电流,因此 led 照明灯具选用的驱动 IC 必需有足够的电流输出,设计产品时必需使驱动 IC 工作在满负输出的 70-90%的最佳工作区域。使用满负输出电流的驱动 IC 在灯具狭小空间散热不畅,容易疲劳和早期失效。6、驱动芯片的输出电流必需长久恒定,led 光源才能稳定
7、发光,亮度不会闪烁;同一批驱动芯片在同等条件下使用,其输出电流大小要尽可能一致,也就是离散性要小,这样在大批量自动化生产线上生产才能有效和有序;对于输出电流有一定离散性的驱动芯片必选在出厂或投入生产线前分档,调整 PCB 板上电流设定电阻(Rs)的阻值大小,使之生产的 led 灯具恒流驱动板对同类 led 光源的发光亮度一致,保持最终产品的一致性。LEDLED 驱动电源的分类及特性驱动电源的分类及特性1 1、按驱动方式可分为两大类:、按驱动方式可分为两大类:(1 1)恒流式:)恒流式:a、恒流驱动电路输出的电流是恒定的,而输出的直流电压却随着负载阻值的大小不同在一定范围内变化,负载阻值小,输出
8、电压就低,负载阻值越大,输出电压也就越高;b、恒流电路不怕负载短路,但严禁负载完全开路。c、恒流驱动电路驱动 LED 是较为理想的,但相对而言价格较高。d、应注意所使用最大承受电流及电压值,它限制了 LED 的使用数量;(2 2)稳压式:)稳压式:a、当稳压电路中的各项参数确定以后,输出的电压是固定的,而输出的电流却随着负载的增减而变化;b、稳压电路不怕负载开路,但严禁负载完全短路。c、以稳压驱动电路驱动 LED,每串需要加上合适的电阻方可使每串 LED 显示亮度平均;d、亮度会受整流而来的电压变化影响。2 2、按电路结构方式分类、按电路结构方式分类(1)电阻、电容降压方式:通过电容降压,在闪
9、动使用时,由于充放电的作用,通过 LED 的瞬间电流极大,容易损坏芯片。易受电网电压波动的影响,电源效率低、可靠性低。(2)电阻降压方式:通过电阻降压,受电网电压变化的干扰较大,不容易做成稳压电源,降压电阻要消耗很大部分的能量,所以这种供电方式电源效率很低,而且系统的可靠也较低。(3)常规变压器降压方式:电源体积小、重量偏重、电源效率也很低、一般只有 45%60%,所以一般很少用,可靠性不高。(4)电子变压器降压方式:电源效率较低,电压范围也不宽,一般 180240V,波纹干扰大。(5)RCC 降压方式开关电源:稳压范围比较宽、电源效率比较高,一般可以做到 70%80%,应用也较广。由于这种控
10、制方式的振荡频率是不连续,开关频率不容易控制,负载电压波纹系数也比较大,异常负载适应性差。(6)PWM 控制方式开关电源:主要由四部分组成,输入整流滤波部分、输出整流滤波部分、PWM 稳压控制部分、开关能量转换部分。PWM 开关稳压的基本工作原理就是在输入电压、内部参数及外接负载变化的情况下,控制电路通过被控制信号与基准信号的差值进行闭环反馈,调节主电路开关器件导通的脉冲宽度,使得开关电源的输出电压或电流稳定(即相应稳压电源或恒流电源)。电源效率极高,一般可以做到 80%90%,输出电压、电流稳定。一般这种电路都有完善的保护措施,属高可靠性电源。从以上介绍可以看出 PWM 控制方式设计的 LE
11、D 电源是比较理想的 LED 电源。影响影响 LED 灯具光衰的重大因素灯具光衰的重大因素单颗 LED 白灯在老化板上检测出来的数据,与把 LED 白灯组装成一个灯具老化时检测出来的数据,肯定是有点出入的。这个差异的大小,取决于 LED 工作时的电性参数和灯具的设计情况,以及灯具使用的环境。首先,选择什么样的首先,选择什么样的 LED 白灯。白灯。这点很重要,LED 白灯的质量可以说是很重要的因素。举些例子,同样的以晶元 14mil 白光段芯片为代表,用普通环氧树脂做的底胶与白光胶与封装胶水封装出来的 LED 白灯,单颗点亮在 30 度的环境下,一千小时后,衰减数据为光衰 70%;如果用 D
12、类低衰胶水封装,在同样的老化环境下,千小时光衰为 45%;如果 C类低衰胶水封装,在同样的老化环境下,千小时光衰为 12%;如果 B 类低衰胶水封装,在同样的老化环境下,千小时光衰为-3%;如果 A 类低衰胶水,在同样的老化环境下,千小时光衰为-6%。为何不同的封装工艺会导致如何大的差异呢为何不同的封装工艺会导致如何大的差异呢?最主要的一个原因在于 LED 芯片怕热。偶尔短时间内受热超过一百多度,那是不要紧的,怕就怕在长期处于高温之下,就是对 LED 芯片的一种莫大的损害。一般来说,普通环氧树脂的导热系数很小,因此,当 LED 芯片点亮工作的时候,LED 芯片要发射出热量,而普通环氧树脂导热能
13、力有限,所以,当你从 LED 白灯的外部测量出 LED 支架的温度有 45 度的时候,LED白灯内的芯片中心温度有可能超过了 80 度。LED 的温度节点其实就是 80 度,那么,当 LED 芯片在节温的温度中工作的时候,是非常的受煎熬的,这就加快了 LED 白灯的老化。当 LED 芯片在工作的时候,中心温度产生了 100 度的高温,它可以马上通过支架引脚 98%把热量导出来,从而减少热量对它的伤害。所以,LED 白灯支架温度是 60 度的时候,它的芯片中心温度可能就只是 61 度而已。从上面的数据可以看出来,选择什么样封装工艺的 LED 白灯,直接决定 LED 灯具的光衰情况。其次,其次,L
14、ED 灯珠工作环境温度。灯珠工作环境温度。根据单颗 LED 白灯老化时的数据来看,LED 白灯如果只有一个点亮工作,同时,它所处的环境温度是 30度的话,那么,单颗 LED 白灯工作时的支架温度不会超过 45 度。这个时候,这颗 LED 的寿命会很理想。如果有 100 颗 LED 白灯同时点亮工作,它们之间的间隔只是 11.4mm 的情况下,那么,灯堆的周边的 LED白灯的支架温度也可能不会超过 45 度,但灯堆中间的那些 LED 白灯有可能达到 65 度的高温。这个时候,对LED 灯珠就是一个考验。那么,聚在中间的那些 LED 白灯,理论上光衰就会快一点,而灯堆周边的 LED 白灯,光衰就会
15、慢一点。但如果 LED 灯珠相隔 25mm 以上,那么,它们互相发散的热量就不会那么积聚了,这个时候,每个 LED白灯支架的温度应该会少于 50 度以下,就比较利于 LED 的正常工作。如果 LED 工作的环境是在比较冷的地方,整年的平均温度可能只是 15 度左右,或更小,那对于 LED 来说,寿命就更长了。或者,LED 工作的时候,旁边有个小风扇在吹着,帮它驱散热气,这样子对 LED 的寿命也是挺有帮助的。反正大家应该要知道,LED 是怕热的,温度越高,LED 寿命越短,温度越低,LED 寿命越长。LED 理想的工作温度当然是在负 5 到零度之间。但这基本上是不可能的。所以,我们了解到 LE
16、D 灯珠理想的工作参数后,就尽可能的在设计灯具的时候,加强导热,散热的功能。反正温度越低,LED 寿命越长。再次,再次,LED 灯珠的工作电性参数设计。灯珠的工作电性参数设计。根据实验结果,LED 白灯在驱动电流越低的情况下,发射的热量越小,当然了,亮度也就越小了。据调查,LED 太阳能灯饰电路的设计,LED 的驱动电流一般只是 5-10mA;灯具所用的灯珠数目具大的产品,如达到 500 个以上的,或更多的,驱动电流一般只是 10-15mA,而一般大众化的 LED 应用灯饰的驱动电流,只是15-18mA,绝少有人把电流设计到 20mA 以上的。而实验结果也表明,在 14mA 的驱动电流下,并且
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