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1、 LED节能灯的设计摘要摘要: 随着半导体材料及工艺技术的进步,生产量的增加,笔者认为可能还需35年时间,LED照明灯的性能会进一步地提高,价格也会不断地下降,它将逐步地进入千家万户,给您带来节电、明亮的新的光源。LED日光灯节电高达80以上，寿命为普通灯管的10倍以上，几乎是免维护，不存在要经常更换灯管、镇流器、起辉器的问题，约半年下来节省的费用就可以换回成本。绿色环保型的半导体电光源，光线柔和，光谱纯，有利于工人的视力保护及身体健康，6000K的冷光源给人视觉上清凉的感受，有助于集中精神，提高效率。关键字:LED, 节能, ,亮度,Abstract:With the summary of
2、semiconductor materials and process technology, production increases, I believe that may be 3 to 5 years, LED lighting performance will further improve, prices will continue to decline, it will gradually enter 1000 10,000, to bring your energy, a bright new light source.LED Energy-saving fluorescent
3、 lamps as high as 80% more than the ordinary life of the lamp more than 10 times, almost maintenance-free, non-existent to the regular replacement of lamp, ballast, the starting-hui, about six months down the cost savings will be able to In exchange for the cost. green-power semiconductor light sour
4、ce, soft light, pure spectrum, in favor of the workers and to protect the health of vision, 6000K gives the cold light of the cool visual experience will help focus and improve efficiency.Keyword: LED, energy, brightness,目 录第一章 LED的发展概况.31.1.发光二极管介绍3 1.1.1. 发光二极管的结构. 4 1.1.2. 发光原理.71.2.发光强度及发光效率的提高8
5、1.3.LED的功率提高91.4.白光LED的诞生是个突破9第二章 LED在照明系统中的应用.102.1.白光LED照明灯泡102.2.彩色LCD的背光照明102.3.闪光灯102.4.家用LED照明灯112.5.算一笔节电帐及经济帐122.6.本课题的设计背景12第三章 硬件设计.13 3.1. 驱动原理及应用.13 3.2.电容降压原理介绍143.3.应用电容降压电路驱动LED节能灯153.3.1.举例分析153.3.2.电路工作原理163.4.硬件设计框图183.5.原理图设计193.6.PCB设计203.7.电容降压电源原理和计算公式20第四章 装配过程.214.1.材料选择214.1
6、.1.降压用CBB电容214.1.2.散光源LED灯224.1.3.塑料外壳224.1.4.其他材料234.1.5.LED安装底座234.1.6.焊接完后的PCB图:244.1.7.成品图片24第五章 结语.24参考文献25第一章LED的发展概况1.1. 发光二极管简介发光二极管(LED)是一种电致发光的光电器件。早在1907年开始,人们就发现某些半导体材料制成的二极管在正向导通时有发光的物理现象,但生产出有一定发光效率的红光LED已是1969年了。到今天,LED已生产了30多年,回顾过去,它已茁壮成长。各种类型的LED、利用LED作二次开发的产品及与LED配套的产品(如白光LED驱动器)发展
7、迅速,新产品不断上市,已发展成不少新型产业LED发展历史已经几十年，但在照明领域的应用还是新技术。随着LED技术的迅猛发展，其发光效率的逐步提高，LED的应用市场将更加广泛，特别在全球能源短缺的忧虑再度升高的背景下，LED在照明市场的前景更备受全球瞩目，被业界认为在未来10年成为最被看好的市场以及最大的市场将是取代白炽灯、钨丝灯和荧光灯的最大潜力商品。展望将来,还期望更进一步地提高。 早期的LED主要用于做指示灯。它的发光强度不高,一般小于1mcd,高的也仅几个mcd;另外,发光效率也不高,一般小于0.21m/W,其功率仅几十mW到上百个mW(属于小功率LED)。本文就从发光强度提高说起。1.
8、1.1. 发光二极管的结构 LED Lamp(led 灯)主要由支架、银胶、晶片、金线、环氧树脂五种物料所组成。一、支架：1）、支架的作用：用来导电和支撑 2）、支架的组成：支架由支架素材经过电镀而形成，由里到外是素材、铜、镍、铜、银这五层所组成。 3）、支架的种类：带杯支架做聚光型，平头支架做大角度散光型的Lamp。A、2002杯/平头：此种支架一般做对角度、亮度要求不是很高的材料，其Pin长比其他支架要短10mm左右。Pin间距为2.28mmB、2003杯/平头：一般用来做5以上的Lamp，外露pin长为+29mm、-27mm。Pin间距为2.54mm。C、2004杯/平头:用来做3左右的
9、Lamp，Pin长及间距同2003支架。D、2004LD/DD：用来做蓝、白、纯绿、紫色的Lamp，可焊双线，杯较深。E、2006：两极均为平头型，用来做闪烁Lamp，固IC，焊多条线。F、2009：用来做双色的Lamp，杯内可固两颗晶片，三支pin脚控制极性。G、2009-8/3009：用来做三色的Lamp，杯内可固三颗晶片，四支pin脚。 二、银胶 银胶的作用：固定晶片和导电的作用。 银胶的主要成份：银粉占75-80%、EPOXY（环氧树脂）占10-15%、添加剂占5-10%。 银胶的使用：冷藏，使用前需解冻并充分搅拌均匀，因银胶放置长时间后，银粉会沉淀，如不搅拌均匀将会影响银胶的使用性能
10、。三、晶片（Chip）： 发光二极管和led芯片的结构组成1）、晶片的作用：晶片是LED Lamp的主要组成物料，是发光的半导体材料。 2）、晶片的组成：晶片是采用磷化镓（GaP）、镓铝砷（GaAlAs）或砷化镓（GaAs）、氮化镓（GaN）等材料组成，其内部结构具有单向导电性。 3）、晶片的结构: 焊单线正极性（P/N结构）晶片，双线晶片。晶片的尺寸单位：mil晶片的焊垫一般为金垫或铝垫。其焊垫形状有圆形、方形、十字形等。4）晶片的发光颜色： 晶片的发光颜色取决于波长，常见可见光的分类大致为：暗红色（700nm）、深红色（640-660nm）、红色（615-635nm）、琥珀色（600-61
11、0nm）、黄色（580-595nm）、黄绿色（565-575nm）、纯绿色（500-540nm）、蓝色（450-480nm）、紫色(380-430nm)。 白光和粉红光是一种光的混合效果。最常见的是由蓝光+黄色荧光粉和蓝光+红色荧光粉混合而成。 5）、晶片的主要技术参数： A、晶片的伏安特性图：B、顺向电压（VF）：施加在晶片两端，使晶片正向导通的电压。此电压与晶片本身和测试电流存在相应的关系。VF过大，会使晶片被击穿。C、顺向电流（IF）：晶片在施加一定电压后，所产生的正向导通电流。IF的大小，与顺向电压的大小有关。晶片的工作电流在10-20mA左右。D、逆向电压（VR）：施加在晶片上的反向
12、电压。E、逆向电流（IR）：是指晶片在施加反向电压后，所产生的一个漏电流。此电流越小越好。因为电流大了容易造成晶片被反向击穿。F、亮度（IV）：指光源的明亮程度。单位换算：1cd=1000mcd G、波长：反映晶片的发光颜色。不同波长的晶片其发光颜色也就不同。单位：nmH、光：是电磁波的一种。波长在0.1mm-10nm之电磁波称为光。光可分为：波长大于0.1mm称为电波；760nm-0.1nm叫红外光;380nm-760nm叫可见光; 10nm-380nm叫紫外光；波长小于10nm的是X线光。四、金线：金线的作用：连接晶片PAD（焊垫）与支架，并使其能够导通。 金线的纯度为99.99%Au；延
13、伸率为2-6%，金线的尺寸有：0.9mil、1.0mil、1.1mil等。五、环氧树脂：环氧树脂的作用：保护Lamp的内部结构，可稍微改变Lamp的发光颜色，亮度及角度；使Lamp成形。 封装树脂包括：A胶（主剂）、B胶（硬化剂）、DP（扩散剂）、CP（着色剂）四部份组成。其主要成分为环氧树脂（Epoxy Resin）、酸酐类（酸无水物 Anhydride）、高光扩散性填料（Light diffusion）及热安定性染料（dye）六、模条：模条是Lamp成形的模具，一般有圆形、方形、塔形等。支架植得深浅是由模条的卡点高低所决定。模条需存放在干净及室温以下的环境中，否则会影响产品外观不良1.1.
14、2. 发光原理发光二极管是由-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，如图1所示。 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
15、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m以内产生。 发光二极管的种类很多，按发光材料来区分有磷化镓（GaP）发光二极管、磷砷化镓（GaAsP）发光二极管、砷铝镓（GaAIAs）发光二极管等；按发光颜色来分有发红光、黄光、绿光以及眼睛看不见的红外发光二极管等；若按功率来区别可分为小功率（HG 400系列）、中功率（HG50系列）和大功率（HG52系列）发光二极管：另外还有多色、变色发光二极管等等。 附发光二极管在电路中的符号及LED发光原理图。 1.2. 发光强度及发光效率的提高 作为指示灯方面的应
16、用,有几个mcd的发光强度也可以了,但由LED组成的数码管或字符管则显得亮度不足,若要用于户外作信号或标志显示,则其亮度太低,不能满足使用的要求。所以LED的主要发展方向是提高发光强度(也就是一般所指的提高亮度)。 随着半导体材料及半导体工艺技术、设备的发展,LED的亮度不断提高,开发出高亮度及超高亮度LED,并且不断创造新记录。 笔者用现有的LED资料,以中5标准封装、发红光、视角差不多的LED为例,以不同的生产年份的发光强度来说明LED发光强度提高的情况,近30年LED的发光强度提高了8000倍左右。19691987年LED的发光强度是很低的,发展很慢,但19942005年LED的亮度有很
17、大的发展。表1中列出的并非发光强度最高的。例如,在GaAs的衬低上采用AIlnGaP工艺技术制成的5、红光LED,在小视角4、50mA工作电流时,其典型发光强度为20000mcd。 LED另一个重要性能指标是发光效率,用1m/W来表达。这30多年来,LED的发光效率提高了250倍以上。1970-1990年LED发光效率提高较慢,1990-2005年则提高较快。例如,Cree公司生产的lW白光LED XL7090WHT,其发光效率可达601m/W。 XL7090WHT是超高亮度、小尺寸封装的白光LED。XL7090WHT的发光强度大,电流350mA时的典型光通量为601m,在瞬态脉冲电流700m
18、A时典型光通量可达981m,而目前一般1W白光LED的光通量为3045lm),XL7090WHT的发光效率高达601m/W,视角宽达100,封装尺寸仅为9mmx7mmx4.3mm,工作温度范围是-20+80。 由于XL7090WHT发光强度大、发光效率高,因此它适用于家庭、商业或公共场所明、DVD、笔记本电脑、电视机的彩色显示屏的背光,广告灯、路灯及标志灯,汽车及运输工具的内外照明及数码相机的闪光灯等。 LED的发光强度及发光效率的提高主要取决于采用的半导体材料及其工艺技术的发展。早期的LED主要用GaAs、GaP(二元素半导体材料)和GaAsP(三元素半导体材料),1994年左右采用AIIn
19、GaP(四元素半导体材料)后,其发光强度及发光效率有很大的提高。另外,在工艺技术上采用在GaAs衬底上用AilnGaP材料生产的红光、黄光LED及在SiC衬底上用InGaN材料生产的绿光、蓝光LED,在发光强度及发光效率上有较大的改进。 1.3. LED的功率提高 我们知道LED的发光强度与正向电流IF,几乎成线性关系,即增加正向电流IF可增加发光强度。但LED有一个最大功耗PD值的限制,PD=VFxIF(VF为正向压降),若过大地增加IF而使PD超过最大值时,LED会过热而损坏。为了要提高发光强度,开发出中功率LED(一般为几百mW),其工作电流也提高到70mA。近年来,为进一步提高发光强度
20、,开发出大功率LED,其功率一般为110W(有一些还大于10W)。它的工作电流一般为350700mA,有些可达1A以上。 以American Opto Plus LED公司生产的5W的PU-5WXX系列为例,在700mA电流下,其结温了Tj为25,(大功率LED的发光强度用光通量表示)。 除蓝光LED的发光强度及发光效率较低外,其他发光颜色的发光强度及发光效率都相当高。 早期生产的LED是小功率的(几十至上百mW),现在已能生产大于10W的大功率LED,在功率上增加了100倍以上。 虽然说小功率LED与大功率LED的发光效率是差不多的,但LUMILEDS公司的研究表明,大功率白光LED比5白光
21、LED的寿命更长。另外,采用很多小功率白光LED组成的灯泡可靠性也差一些,灯泡体积也较大。例如,用1W白光LED做成灯具,其尺寸为50.8mmx50.8mmx7.1mm,而采用5白光LED来做,其体积则要大得多。但目前大功率LED投产时间不长,价位较高,所以目前大部分LED灯泡仍是用小功率LED做的。 1.4. 白光LED的诞生是个突破 白光LED是LED家族中最后一个问世的,它的诞生是LED生产中一个重要的突破,它将成为新的照明光源。 白光是复合光,可以用红、绿、蓝(R、G、B)三基色LED混合成白光,1995年前后生产的一种集成LED白光灯(或称全色LED灯)由2个高亮度蓝光LED、15个
22、绿光LED及5个红光LED组成。这种白光LED灯尺寸大、白光纯度不高、发光效率也不高。但这种三基色灯用单片机来控制可发出七色光及白光的变色灯,可用于娱乐场所,增加节日气氛。另外,采用RGB三种管芯组成的RGBLED常用于手机的变色背光。 采用R、G、B三色LED可以组成彩色LED显示屏的像素,用它组成彩色LED显示屏。 在上世纪末,可能受荧光灯的启发,开发出在高亮度蓝光LED管芯上加一层荧光粉,用蓝光激发荧光粉发出白光的白光LED。采用不同的荧光粉,可发出冷白光(色温为450010000K)及暖白光(色温为28503800K)的白光LED。目前,白光LED的发光效率大都已超过301m/W,某些
23、产品已超过501m/W的水平。它给用于照明的LED灯泡创造良好的条件。 在2005年开发出无荧光粉的、5、透明树脂封装的白光LED。该白光LED采用蓝宝石(Al2O3)为衬底,采用InGaN工艺技术制成。在IF为20mA时,发光强度为7001200mcd。 第二章LED在照明系统中的应用2.1白光LED照明灯泡 近年来,LED的发光强度及发光效率迅速提高、发光颜色齐全、功率增加、成本降低,给开发各种功能的LED灯泡及灯具创造了极好的条件,也给二次开发LED产品创造良好的机会。例如,现在的城市交通信号灯及标志灯采用LED替代了传统的白炽灯,不仅节省大量的电能,而且无须经常更换损坏的白炽灯:五彩缤
24、纷的各种LED装饰灯,给城市夜景打扮得五光十色,广场上的超大屏幕的彩色LED显示屏让全世界的球迷过足了瘾。 白光LED灯的应用,包括彩色LCD的背光照明灯、闪光灯及家用LED照明灯,它们最大的特点是节电和寿命长。 2.2彩色LCD的背光照明 由于白光LED作背光时电路比用CCFL简单且尺寸小,所以在手机、PDA等小屏幕彩色LCD中都采用白光LED作背光照明。过去认为白光LED只适用于小面积的彩色LCD显示屏,但近年来,随着LED性能的提高,它不仅用于小尺寸LED屏幕,现已用于5英寸、7英寸DVD、GPS的显示屏上,并发展到12英寸笔记本电脑及电视机的背光照明。 2.3闪光灯 数码相机正逐渐替代
25、用胶卷的相机,在数码相机中采用超高亮度的白光LED替代了传统的氙灯。采用超高亮度的白光LED作闪光灯不仅电路简单、尺寸小、耗电省,而且无须充电时间。例如,前面提到的1W白光LED XL7090WHT,它在用作闪光灯时,700mA的脉冲电流时其典型光通量为981m。 2.4家用LED照明灯 目前，照明消耗约占整个电力消耗的20%，大大降低照明用电是节省能源的重要途径，为实现这一目标业界已研究开发出许多种节能照明器具，并达到了一定的成效。但是，距离“绿色照明”的要求还远远不够，开发和应用更高效、可靠、安全、耐用的新型光源势在必行。LED以其固有的优越性正吸引着世界的目光。美国、日本等国家和台湾地区
26、对LED照明效益进行了预测，美国55%白炽灯及55%的日光灯被LED取代，每年节省350亿美元电费，每年减少7.55亿吨二氧化碳排放量。日本100%白炽灯换成LED，可减少12座核电厂发电量，每年节省10亿公升以上的原油消耗。台湾地区25%白炽灯及100%的日光灯被白光LED取代，每年节省110亿度电。日本早在1998年就编制“21世纪计划”，针对新世纪照明用LED光源进行实用性研究。近年来，日本日亚化工、丰田合成、SONY、佳友电工等都已有LED照明产品问世。世界著名的照明公司如飞利浦、欧司朗、GE等也投入大量的人力物力进行LED照明产品的研究开发和生产。美国GE公司和EMCORE公司合作成
27、立新公司，专门开发白光LED，以取代白炽灯、紧凑型荧光灯、卤钨灯和汽车灯。德国欧司朗公司与西门子公司合作开发LED照明系统。台湾目前的LED产量仅次于日本列在美国之前，从1998年开始投入6亿台币进行相关开发工作。目前我国家用照明灯主要是白炽灯、荧光灯(日光灯)及节能荧光灯。白光LED灯泡与荧光灯、节能荧光灯、白炽灯泡在发光效率及平均寿命上的比较,白光LED灯泡的发光效率高于白炽灯泡,但低于荧光灯及节能荧光灯。白光LED的平均寿命最长的,比节能荧光灯高8倍,比白炽灯高33倍多。 目前国内已能生产13W由5白光LED组成的白光LED灯泡(外形与白炽灯泡相同,球形外壳用透明塑料做成,直径约60mm
28、,灯头用E27螺纹灯头),其发光效率超过351m/W。23W的白光LED灯泡亮度与25W白炽灯泡差不多。另外,目前也能够生产出12W白光LED的日光灯管,其光通量超过5001m,发光效率超过401m/W。这两种白光LED做成的灯寿命都超过50000h。这两种灯都是用超高亮度5小功率白光LED做成,目前售价较高,且尚未上市。2.5算一笔节电帐及经济帐 白光LED做成的照明灯节能、长寿命。笔者将发光亮度相差不多的三种灯在使用中作了节电上及经济上的比较。这三种灯分别是3W的白光LED灯泡、5W的节能荧光灯和25W的白炽灯泡。这三种灯都采用220V市电供电。在计算中,3W的白光LED灯泡按5W计算(其
29、中有2W是AD/DC及驱动电路的损耗),5W的节能荧光灯按7W计算(2W是自镇流及电路的损耗)。这里要说明的是3W白光LED灯泡及5W节能荧光灯的生产工厂并没有给出这种损耗值,2W是笔者估算的。从节电的方面来比较,同样使用了50000h,白炽灯要用1250度电,而3W的白光LED灯只要250度电,相差1000度电。如果全国有1亿只3W白光LED灯替代了25W白炽灯泡,则在50000h的使用时间中可节省1000亿度电。另外,从经济方面来比较,用1个3W白光LED灯点了50000h,总的花费是209元,若用25W白炽灯泡需花费688.4元,相差479.4元。 2.6的设计背景本课题白炽灯自发明以来
30、已有150年历史,而白光LED灯泡生产才几年。目前在市场上已有白光LED的手电筒、在矿上有白光LED的矿灯,不仅亮度好,而且节电。家用白光LED灯泡目前还没有上市,而且目前只能生产小功率的灯泡,在亮度方面还不如节能荧光灯亮,且价位还较高,普通家庭还难以接受。 随着半导体材料及工艺技术的进步,生产量的增加,笔者认为可能还需35年时间,LED照明灯的性能会进一步地提高,价格也会不断地下降,它将逐步地进入千家万户,给您带来节电、明亮的新的光源。而且相比于其他灯具，LED节能灯的优点主要体现在以下几个方面：1.高节能：节能能源无污染即为环保。直流驱动，超低功耗（单管0.03-0.07瓦）电光功率转换接
31、近100%，相同照明效果比传统光源节能80%以上。 2.绿色环保：环保效益更佳，光谱中没有紫外线和红外线，也没有辐射，眩光小，无污染，无汞有害气体不含汞元素，冷光源，可以安全触摸，而且废弃物可回收，属于典型的绿色照明光源，无紫外线，红外线是真正的绿色环保光源。 3.无辐射，杜绝辐射污染，保护大脑，具有优越的静电防护功能,光照效果柔和，恒流驱动，零频闪，保护视力，预防近视；无紫外线辐射,直流灯无频闪,真正白光近似自然昼光，适合视觉要求,保护眼睛皮肤 4.使用寿命，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、光衰等缺点，使用寿命可达6万到10万小时，是普通灯泡的5
32、0倍；相当于不间断照明10年时间，几乎是免维护，不存在要经常更换灯管、镇流器、起辉器的问题。5.静音设计，整灯无任何噪音干扰。适用范围：写字楼、工厂、商场、学校、居家等室内照明。因此,探讨LED在节能灯中的应用，必将是今后一个阶段照明系统的一个重要的发展方向。第三章硬件设计3.1.驱动原理及应用 一应用要求1、驱动电路是一种专为LED供电的特种电源，要具有简单的电路结构、较小的占用体积，以及较高的转换效率。2、驱动电路的输出电参数(电流、电压)要与被驱动的LED的技术参数相匹配，满足LED的要求，并具有较高精度的恒流控制、合适的限压功能。多路输出时，每一路的输出都要能够单独控制。3、具有线性度
33、较好的调光功能，以满足不同应用场合对LED发光亮度调节的要求。4、在异常状态(LED开路、短路、驱动电路故障)时，电路能够对电路本身、LED和使用者都有相应的保护作用。5、驱动电路工作时，对其他电路的正常工作干扰少，满足相关的电磁兼容性要求。二、线性驱动应用线性驱动应用是一种最为简单和最为直接的驱动应用方式。在照明级白光LED应用中，虽然存在着效率低、调节性差等问题，但是由于其电路简单、体积小巧，能满足一般要求，因此在一些特定的场合应用较多。1、稳压电源Vdd+镇流电阻R方式电路的优点是结构简单、成本低。于与LED串联的电阻上的附加损耗较大，并且线性稳压电源Vdd自身的功耗也较大，因此两者叠加
34、在一起所得到总体的效率很低(50)，并且LED电流的控制精度低、亮度不可调节，所以一般只应用于较小功率、短时间照明的场合，如LED手电筒、应急照明灯。2、稳流电源Vdd+镇流电阻R+电子开关S方式：其优点不仅提高了LED电流的控制精度，而且LED的亮度也可以通过改变电子开关S的通断比来调节。然而，由于串联电阻和线性稳流电源的附加损耗均较高，因此所得到的总体效率仍然很低，具体的应用范围受到较大的限制。三、开关型驱动应用利用开关型驱动可以获得良好的电流控制精度和较高的总体效率，开关型驱动。 应用方式主要分为降压式和升压式两大类。1、降压式开关驱动方式：降压式开关驱动是针对电源电压高于LED的端电压
35、或者是多个LED采用并联驱动情况下的应用。电路的主要原理是利用按照要求通断的电子开关S所得到的斩波电流，来得到满足LED工作时要求的电流lf值，通过电流的负反馈作用(由R0进行电流取样)使得流经LED的电流If稳定在一定的范围内，同时可以兼有一定的调光功能。图中的电感L的作用是起到S开通时储能和S关断后的续流作用，以减少流过LED电流If的波动。2、升压式开关驱动升压式开关驱动是针对电源电压低于LED的端电压或者是多个LED采用串联驱动情况下的应用。电路的工作原理是利用按照要求通断的电子开关S的通断作用。在S开通时电源Vdd给电感L储能，S关断后L上的电压极性反转与电源电压Vf相叠加来得到满足
36、LED工作时要求的电流值If和电压值Vr，通过电流负反馈作用(由R0进行电流取样)，使得流过LED的电流If稳定在一定的范围内，同时可以兼有一定范围的调光功能。四、调光应用方式照明级白光LED不适合采用线性手过改变段来调节其发光的亮度，应该采用电流If的幅值不变(LED的工作电流)，只改变If，单位时间内电流脉j中宽度的方式来调光，因为这样不会改变其发光的光谱而造成白光的偏色。常用的调光应用主要采用以下几种方式：1、脉宽调制方式：脉宽调制是一种常见的调节LED亮度的方式。通过改变加在LED上的矩形脉冲电流的宽度大，使LED上得到的平均电流在较大的范围内改变，可以获得较大范围的调光效果。2、频率
37、调制方式：频率调制是另一种调节LED亮度的方式。保持加在LED上的矩形脉冲电流(幅值不变)的宽度不变，通过改变单位时间加在LED上的矩形脉；中电流的个数多少，使LED上得到的平均电流在较大的范围内发生变化，使得LED亮度具有较大范围的调节。3、位角调制方式：位角调制是采用一串含有二进制序列脉冲，并且序列脉冲的每一位宽度都按照其位值的比例来延展。通过改变单位时间加在LED上的矩形脉；中电流占有位值所延展的宽度，使LED上得到的平均电流在较大的范围内发生变化，以调节LED的亮度。总之，照明级白光LED是一种可用于替代普通照明的大功率固体发光器件，虽然受制于目前的价格，在一定程度上制约了应用的速度，
38、但是由于其具有的优良性能所使然，随着研发技术的不断进步，可以预言照明级白光LED一定具有良好的应用前景。3.2.电容降压原理介绍电容降压的工作原理并不复杂。他的工作原理是利用电容在一定的交流信号频率下产生的容抗来限制最大工作电流。例如，在50Hz的工频条件下，一个1uF的电容所产生的容抗约为3180欧姆。当220V的交流电压加在电容器的两端，则流过电容的最大电流约为70mA。虽然流过电容的电流有70mA，但在电容器上并不产生功耗，应为如果电容是一个理想电容，则流过电容的电流为虚部电流，它所作的功为无功功率。根据这个特点，我们如果在一个1uF的电容器上再串联一个阻性元件，则阻性元件两端所得到的电
39、压和它所产生的功耗完全取决于这个阻性元件的特性。例如，我们将一个110V/8W的灯泡与一个1uF的电容串联，在接到220V/50Hz的交流电压上，灯泡被点亮，发出正常的亮度而不会被烧毁。因为110V/8W的灯泡所需的电流为8W/110V=72mA，它与1uF电容所产生的限流特性相吻合。同理，我们也可以将5W/65V的灯泡与1uF电容串联接到220V/50Hz的交流电上，灯泡同样会被点亮，而不会被烧毁。因为5W/65V的灯泡的工作电流也约为70mA。因此，电容降压实际上是利用容抗限流。而电容器实际上起到一个限制电流和动态分配电容器和负载两端电压的角色。采用电容降压时应注意以下几点：1 根据负载的
40、电流大小和交流电的工作频率选取适当的电容，而不是依据负载的电压和功率。2 限流电容必须采用无极性电容，绝对不能采用电解电容。而且电容的耐压须在400V以上。最理想的电容为铁壳油浸电容。3 电容降压不能用于大功率条件，因为不安全。4 电容降压不适合动态负载条件。5 同样，电容降压不适合容性和感性负载。电阻、电容和电感作为电子电路的基本元件，熟知它们的特性并灵活地应用它们是非常重要的。3.3.应用电容降压电路驱动LED节能灯采用电容降压电路是一种常见的小电流电源电路由于其具有体积小成本低电流相对恒定等优点常应用于LED的驱动电路中。3.3.1.举例分析图一为一个实际的采用电容降压的LED驱动电路请
41、注意大部分应用电路中没有连接压敏电阻或瞬变电压抑制晶体管建议连接上因压敏电阻或瞬变电压抑制晶体管能在电压突变瞬间(如雷电大用电设备起动等)有效地将突变电流泄放从而保护二级关和其它晶体管它们的响应时间一般在微毫秒级。3.3.2.电路工作原理电容C1的作用为降压和限流大家都知道电容的特性是通交流隔直流当电容连接于交流电路中时其容抗计算公式为XC=1/2fC式中XC表示电容的容抗f表示输入交流电源的频率C表示降压电容的容量。流过电容降压电路的电流计算公式为I=U/XC式中I表示流过电容的电流U表示电源电压XC表示电容的容抗在220V50Hz的交流电路中当负载电压远远小于220V时电流与电容的关系式为
42、I=69C其中电容的单位为uF电流的单位为mA电阻R1为泄放电阻其作用为当正弦波在最大峰值时刻被切断时电容C1上的残存电荷无法释放会长久存在在维修时如果人体接触到C1的金属部分有强烈的触电可能而电阻R1的存在能将残存的电荷泄放掉从而保证人机安全。泄放电阻的阻值与电容的大小有关一般电容的容量越大残存的电荷就越多泄放电阻就阻值就要选小些。经验数据如下表D1D4的作用是整流其作用是将交流电整流为脉动直流电压。C2C3的作用为滤波其作用是将整流后的脉动直流电压滤波成平稳直流电压压敏电阻(或瞬变电压抑制晶体管)的作用是将输入电源中瞬间的脉冲高压电压对地泄放掉从而保护LED不被瞬间高压击穿。LED串联的数
43、量视其正向导通电压(Vf)而定在220VAC电路中最多可以达到80个左右。组件选择电容的耐压一般要求大于输入电源电压的峰值在220V,50Hz的交流电路中时可以选择耐压为400伏以上的涤纶电容或纸介质电容。D1D4可以选择IN4007。滤波电容C2C3的耐压根据负载电压而定一般为负载电压的1.2倍。其电容容量视负载电流的大小而定。下列电路图为其它形式的电容降压驱动电路现举例如下图二在图二电路中可控硅SCR及R3组成保护电路当流过LED的电流大于设定值时SCR导通一定的角度从而对电路电流进行分流使LED工作于恒流状态从而避免LED因瞬间高压而损坏。图三在图三电路中C1R1压敏电阻L1R2组成电源初级滤波电路能将输入瞬间高压滤除C2R2组成降压电路C3C4L2及压敏电阻组成整流后的滤波电路。此电路采用双重滤波电路能有效地保护LED不被瞬间高压击穿损坏。 图四是一个最简单的电容降压应用电路电路中利用两只反并联的LED对降压后的交流电压进行整流可以广泛应用于夜光灯按钮指示灯要求不高的位置指示灯等场合。3.4.硬件设计框图220V市电输入降压电路整流电路稳压输出3.5.原理图设计3.6.PCB设计3.7.电容降压
