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1、 本科毕业设计（论文）LED节能灯驱动电路设计DRIVE CRICUIT DESIGN OF LED ENERGY-SAVING LAMPS年 级: 学 号: 姓 名: 某某某专 业: 机械设计制造及其自动化指导老师: 毕业设计（论文）任务书班 级 2005级机械1班 学生姓名 某某某 学 号 发题日期： 2009年 2 月 23 日 完成日期： 6 月 12 日题 目 LED节能灯驱动电路设计 1、本论文的目的、意义: 在提倡环保、节能的今天，LED被认为是二十一世纪的新型半导体绿色照明光源，具有能耗低、寿命长、响应时间短、安全低压、环保、应用灵活、调节方便等诸多优点。为此，从LED的发展和
2、特点出发，结合LED的恒流发光特性，设计LED驱动电路，通过试验进行分析和优化，在保证光源亮度的同时降低光源的能耗，将其应用于照明光源的设计中。随着LED生产成本的降低，LED的应用范围越来越广，包括手持终端设备、车载以及建筑照明。LED的高可靠性、极佳的效率以及瞬态响应能力使得它们成为很好的光源。 2、学生应完成的任务: （1）了解LED的特点和电学特性。自行查阅有关资料，查阅的参考文献不少于30篇（教材除外），其中中外期刊资料不少于5篇； （2）学习并掌握LED驱动电路的设计以及分析现有驱动电路的优缺点； （3）设计并实现应用普通开关电源专用芯片为控制电路的大功率LED恒流驱动电路，并对其
3、外围电路进行优化设计，实现大功率LED的调光控制； （4）用Protel绘出设计电路图并进行调试、测试电路，以验证其功能； （5）完成外文资料的翻译； （6）撰写毕业设计说明书（论文）不少于两万八千字。毕业论文要介绍LED的原理及特性、驱动电路的设计及应用等。 3、论文各部分内容及时间分配：（共 15 周）第一部分 查询参考文献、资料，翻译外文资料； ( 2周)第二部分 毕业实习、调研； ( 1周)第三部分 完成电路设计并绘制电路图； ( 4周)第四部分 制作电路并调试、修改电路； ( 6周)第五部分 撰写毕业论文（设计说明书）； ( 1周)评阅及答辩 ( 1周)备 注 指导教师： 年 月 日
4、审 批 人： 年 月 日摘 要在提倡环保、节能的今天，LED被认为是二十一世纪的新型半导体绿色照明光源，具有能耗低、寿命长、响应时间短、安全低压、环保、应用灵活、调节方便等诸多优点。随着经济的发展，LED的应用随需求而变得急剧增大，它已经广泛地应用于电信、邮政、金融、交通等各个行业。LED的应用离不开它所需要的驱动控制电路，通过驱动电路来获得良好而平稳的电流，使LED显示更加均匀、漂亮，满足各种场合的应用要求。LED的发光特性有这样的特点：LED的发光强度由驱动电流决定。当LED两端的电压发生波动时，流过发光二极管中的电流变化较大，而发光二极管的发光强度等比于驱动电流，因此驱动电路的好坏直接影
5、响LED 的发光质量。而且，驱动LED的电源也要考虑，由于市电的广泛使用，怎样用市电来驱动LED成为人们关注的焦点。即怎么由市电转化为低压直流电源，进而驱动LED。本文从LED的发展现状出发，选择LED作为实验对象，介绍了LED照明的特点和LED光学特性参数。无论哪种电源，一般都不能直接给LED供电。因此，又对现有的照明驱动电路的特点进行了分析，并设计了三种LED驱动电路。通过对三种LED驱动电路的性能及特点进行比较，从而得出这三种驱动电路在具体的场合下哪种驱动电路更简洁、更节能。关键词：LED 驱动电路 节能AbstractNowadays when promoting environmen
6、tal protection, energy saving, LED is considered the 21st century a new type of semiconductor green light, with low energy consumption, long life, short response time, low-voltage safety, environmental protection, application of flexibility, convenience and other benefits of regulation. With economi
7、c development, LED application with the rapidly increasing demand has become large, it has been widely used in telecommunications, postal services, finance, transport and other sectors. LED application can not be separated from the control drive circuit, through the drive circuit to get good and ste
8、ady current, so the LED display more uniform, beautiful, to meet a variety of application requirements occasions.LED luminescence have such features: luminous intensity of the LED decised by the current drive. When the two ends of LED voltage fluctuations occur, the current of light-emitting diodes
9、in the volatile flow, and the luminous intensity of the LED equal with the drive current, so the drive circuit will have a direct impact on the quality of light LED. Moreover, the drive power of LED should be consider, because of the widespread use of electricity, how to use electricity to drive the
10、 LED become the focus of attention. That is how to use the Urban electricity switch into low-voltage electric power, thereby drive LED.This article from the present situation of the development of LED, choose LED as subjects, introduce the characteristics of LED lighting and LED optical properties o
11、f parameters. Whatever the power, usually can not directly to supply the power to LED. Therefore, analyse the features of existing lighting drive circuit , and then designed three LED driver circuit. Through comparing the performance and characteristics of three LED drive circuit, so that know these
12、 three drive circuit which drive circuit more simple, more fuel-efficient in specific occasions.key words：LED Drive circuit Fuel-efficient目 录第一章 绪论11.1 LED的发展11.2LED的应用领域41.3 LED的发展趋势61.4 本文研究的目的和意义及主要研究内容8第二章 LED基础知识92.1 LED的结构92.2 LED的种类92.3 LED的发光原理102.4 LED的主要参数与特性122.4.1 LED的电学特性122.4.2 LED的光学特
13、性142.4.3 LED的热学特性162.5 LED光源的特点172.5.1 LED光源的优势172.5.2 LED存在的问题17第三章 LED驱动电路193.1LED驱动技术193.2LED驱动器的特性203.3 典型LED驱动电路243.3.1 电容降压电路243.3.2 TPS6106驱动白光LED的电路253.3.3利用PWM控制的白光LED基本驱动电路283.3.4CAT3604驱动LED的典型电路283.3.5 开关式DC/DC变换器驱动LED的典型电路29第四章 LED驱动电路设计324.1 恒流驱动LED的驱动电路设计324.2 ZXSC310驱动LED的驱动电路设计344.3
14、 HA22004P驱动LED的驱动电路设计384.4 LED驱动电路的比较394.4.1 恒流驱动与ZXSC310驱动电路的比较394.4.2 恒流驱动与HA22004P驱动电路的比较404.4.3 HA22004P与ZXSC310驱动电路的比较40结 论41致 谢42参考文献43附 录45第一章 绪论1.1 LED的发展在过去的一百多年里，作为人类文明象征的照明技术有了飞速的发展。作为照明技术主体的光源经历了三个重要的发展阶段：白炽灯、荧光灯和HID（High Intensity Discharge）灯。在提倡环保的今天，众多的人认为二十一世纪的照明新光源应该是发光二极管LED。LED是Li
15、ght Emitting Diode的缩写，中文译为发光二极管。顾名思义，这是一种会发光的半导体组件，且具有二极管的电子特性。LED属于半导体光电组件，除了具有发光的特性之外，它完全具备半导体整流二极管的特性，如果取它的整流特性，则它不但可以完全符合整流需求，而且在外加正偏压的情况下会发出某种波长的光。LED虽然具有整流二极管的功能，但通常利用的是LED的发光特性而非整流特性。这种发光特性发生在二极管电子曲线的正偏压部分。1907年，Henry Joseph Round第一次在一块碳化硅里观察到电致发光现象。由于碳化硅发出的黄光太暗，不适合实际应用，而且碳化硅与电致发光不能很好的适应，因此该研
16、究被摒弃了。20世纪20年代晚期，Bernhard Gudden和Robert Wichard在德国使用从锌硫化物与铜中提炼的黄磷发光，但再一次因发光暗淡而停止研究。1936年，George Destiau出版了一份关于硫化锌粉末发射光的报告。随着电子器件的研究和业界认识的逐步深入，最终出现了“电致发光”这个术语。20世纪50年代，英国科学家在电致发光的实验中使用半导体砷化镓发明了第一个具有现代意义的LED。在早期的实验中，LED需要放置在液化氮里，因此，需要进一步研究以使其能在室温下高效工作。第一个商用LED虽然仅能发出不可视的红外光，但它被迅速地应用于感应与光电领域。20世纪60年代末，人
17、们在砷化镓基体上使用磷化物发明了第一个可见红光的LED。磷化镓的改变使得LED更高效，发出的红光更亮，甚至能产生橙色光。全球第一款商用LED是在1965年用锗材料做成的，随后不久Monsanto公司和HP公司也推出了用GaAsP材料制作的商用LED。Monsanto公司将其作为指示灯，Hewlett-Packard公司则首次将其应用于电子显示设备。早期产品的GaAsP LED，其性能相当差，工作电流为20mA，光能量只有千分之几流明，相应的发光率仅为0.1lm/W，而且只能发出650nm的红色光。这些早期的红光LED每瓦大约能提供0.1lm的光通量，仅是一般60100W白炽灯（15lm/W）的
18、1/150。1968年，LED的研发取得了突破性进展，利用氮掺杂工艺使GaAsP器件的效率达到了1lm/W，并且能够发出红色光、橙色光和黄色光。20世纪70年代，由于LED器件在家庭与办公设备中的大量应用，LED产品的类型得到了拓展，此后LED开始应用于文字点阵显示器、背景图案用的灯栅和条线图阵列。数字显示屏的尺寸和复杂度在不断增长，从2位数字发展到3位甚至4位，从7段数字显示发展到能够显示复杂的文字与图案组合的14或16段阵列。20世纪70年代上半期LED技术进步很快，LED的发光效率达到1lm/W，发光颜色也扩展到红色、绿色和黄色。20世纪80年代，GaAlAs LED的红光效率提高到10
19、lm/W。20世纪70年代中期，磷化镓开始被用作发光电源，随后可发出灰白绿光（LED采用双层磷化镓芯片，其中一个为红色，另一个为绿色，所以能够发出黄色光）。就在此时，前苏联科学家利用金刚砂制造出了可发出黄色光的LED。几乎与此同时，HP公司与TI公司也推出了带7段红光LED显示屏的计算器。20世纪80年代早期的重大技术突破是开发出了AlGaAs LED，它能以每瓦10lm的发光效率发出红光。这一技术进步使LED能够应用于室外各种信息发布以及汽车信号灯。砷化镓、磷化铝的使用促使了第一代高亮度LED的诞生，首先出现的是红光高亮度LED，接着就是黄光高亮度LED，最后为绿色高亮度LED。20世纪90
20、年代早期，采用铟铝磷化镓生产出了橘红、橙光、黄光和绿光LED。第一只具有历史意义的蓝光LED也出现在20世纪90年代早期，依当今的技术标准去衡量，它与前苏联以前开发的黄光LED一样光线暗淡。20世纪90年代中期出现了超高亮度的氮化镓LED，随即又出现了能产生高强度绿光和蓝光的铟氮镓LED。超高亮度蓝光芯片是白光LED的核心，在这个发光芯片上抹上荧光磷，然后荧光磷吸收来自芯片的蓝色光并将其转化为白光。利用这种技术可制造出能发出任何颜色可见光的LED。在1991年至2001年期间，材料技术、裸片尺寸和外形方面的进一步发展使商用LED的光通量提高了将近20倍。20世纪90年代初期，HP公司光电部、L
21、umileds公司和松下公司就已经掌握了如何利用金属有机化学气相沉积法在GaAs衬底上外延生长AlInGaP的工艺，AlInGaP材料在可见光谱区产生红色光和橙色光。而合金有序化、受主原子的氢钝化、PN结排列，以及把氧掺入含铝器件层都是相当复杂的，这些问题历经近10年时间才得以解决，最终实现了内量子效率接近100%的AlInGaP LED。几乎每个注入到器件中的电子空穴对都产生一个光子，因此如何使在PN结内形成的光子到达LED外就成了一种挑战，首先是如何防止光被窄带隙（0.87nm）GaAs衬底吸收。人们在研究中曾经尝试过采用在布喇格发射镜的外延结构中掺杂并在GaP衬底上直接生长的技术，但是最
22、成功的还是通过蚀刻法强力除去GaAs衬底，采用芯片接合法取代GaP技术。采用该技术研制的发光器件的发光率为25lm/W，几乎是带红色滤光灯泡发光效率的10倍。每只LED的光通量为几流明，由它们组成的LED阵列首先被制成了汽车上的停车灯、红色交通信号灯以及单色室外信号标志灯。继AlInGaP技术之后，日本的Nichia化学公司（日本德岛）和名古屋大学（日本名古屋市）的研究人员掌握了使用金属有机化学气相沉积技术在蓝宝石衬底上外延生长AlInGaN的复杂工艺。AlInGaN材料的带隙比AlInGaP的宽，可以覆盖高能量的蓝光和绿光波段。AlInGaN材料系并不像AlInGaP材料系那样为人们所熟悉。
23、AlInGaN绿光组件在标准的工作电流下内量子效率停留在40%50%，而蓝光器件的内量子效率为60%80%。通过利用透明的蓝宝石衬底以及人眼对绿光比对蓝光或红光更敏感的特点，人们已经制造出光通量为几流明的绿光LED。这种LED和红光AlInGaP LED、近流明级的蓝光LED组合起来，就可完全用固体光源制作大型全色信号标志。蓝光AlInGaN LED产生的光子和荧光粉的发光将一部分蓝光转变为其互补色（黄色）。人眼看到这种蓝光和黄光的混合是一种不鲜明的白色。Lumileds公司在Philips Lighting公司的技术指导下生产了一系列大功率LED。在12W输入功率下，Lumileds公司生产
24、的Luxeon型器件比传统的5mmLED高20倍，发光效率高出50%，寿命可达几万小时。目前市场上出售的器件不仅有红光和橙光AlInGaP LED，而且还有绿光、蓝光和白光AlInGaN LED。LED的封装热敏电阻由300下降到15以下。LED封装的热敏电阻的降低使其能应用于激光器中，并获得55lm红光、30lm绿光、10lm蓝光与荧光粉转换为25lm的白光输出。单管5W封装的110lm白光LED的光输出和15W白炽灯的光输出相当，而封装体积仅相当于白炽灯的1%，功耗仅为其1/3。用12只110lm的器件足以制成一只汽车前灯。这种前灯并非传统的6V汽车前灯，而是高强度等效放电的超高亮度冷光蓝
25、色前灯。每只单色绿光5W LED的光通量超过130lm，两只这样的光源即可以替代传统的812英寸150W交通信号灯，可节约90%的能量。这些由红光、绿光、蓝光组合的光源的发光效率可与液晶显示屏电视机和监视器背光照明用的冷阴极荧光灯相比，而且具有体积小和窄谱带光色的特点。通过对高强度蓝光LED的不断研发产生了好几代亮度越来越高的器件，在1990年左右推出的基于碳化硅裸片材料的LED的效率大约是0.04lm/W，发出的光强度很少有超过15mcd的。20世纪90年代中期出现了第一个基于GaN的实用LED。现在还有许多公司在用不同的基底（如蓝宝石和碳化硅）生产GaN LED，这些LED能够发出绿色、蓝
26、色、或紫罗兰等颜色的光。高亮度蓝色LED的发明使真彩广告显示屏的实现成为可能，这样的显示屏能够显示真彩、全运动的视频图象。蓝光LED的出现使人们还能利用倒行转换的磷光材料将较高能量的蓝光部分转化成其他颜色。将蓝光与转换磷的黄光整合在一起就能得到白光，而整合适当数量的蓝光与红橙磷发出的光，则可以产生略带桃色或紫色的光。现在仅用LED光源就能完全覆盖CIE色度曲线中的所有饱和颜色，并且各种颜色LED与磷的有机整合几乎能够毫无限制地产生任何颜色。在可靠性方面，LED的半衰期（即光输出量减少到最初值一半的时间）大概是1万10万小时。相反，小型指示型白炽灯的半衰期（此处的半衰期指的是有一半数量的灯失效的
27、时间）典型值是10万到数千小时不等，具体时间取决于灯的额定工作电流。LED的发展不单纯是它的颜色的拓展，还有其亮度的提高。像计算机技术一样，LED的发展遵循摩尔定律，每隔18个月它的亮度就会提高一倍。早期的LED只能应用于指示灯、计算器显示屏和数码手表，而现在开始出现在超高亮度领域。LED的产生基于两种需求：其一是LED的制造工艺流程较简单，制造成本较低，经常作为镭射的代用光源，其二是绝大部分的光通信是在红外光谱下进行的。既然发光组件可以产生光源，那么就可设计成可见光的形式，应用于信号判别、数字显示甚至于影象处理或显示屏。由于这两种不同的需要，LED渐渐的独立而自成一个体系，其最大的应用领域在
28、于显示器及相关工业，其波长包含了可见光的大部分范围，主要为红、黄、绿以及最近发展出来的蓝光光谱。与传统的照明方式相比，半导体照明，尤其是氮化稼基白光LED照明，在功耗及寿命方面均有不可比拟的优越性。传统白炽灯泡采用热发光技术，浪费了90% 的能源。而LED的效能转换率却非常高。氮化稼基白光LED成为半导体照明产业的发动机。LED光源与传统光源相比较，具有如下的优点：超长寿命，可达几万小时，传统光源一般为几千小时；结构坚固，没有钨丝、玻壳等容易损坏的部件，具有极高的抗震性能；响应速度快，光通上升时间短；对点灯线路要求低，易实现调光和智能控制；耐开关冲击，适用于频繁开关场合；高效节能，现有光效已经
29、超过白炽灯，理论光效可达2001m/W；不含汞、铅等有害物质，没有污染，绿色环保。1.2LED的应用领域在新兴应用市场不断出现的带动下，近些年LED市场规模快速提升。2005年中国LED的产量已经达到262.1亿只，市场规模更是突破百亿元大关达到114.9亿元。图1.1可以形象的说明这一发展概况。 图1.1 20032007年中国高亮度LED管芯市场销售数量与增长预测应用1：显示屏是LED主要应用市场，全彩显示屏增势强劲。我国LED显示屏市场起步较早，市场上出现了一批具有很强实力的LED显示屏生产厂商。目前LED显示屏己经广泛应用到车站、机场、银行、证券、医院、体育场馆、市政广场、演唱会等场合
30、上。在LED需求量上，LED显示屏仅次于LED指示灯名列第二，占到LED整体销量的23.1%。由于用于显示屏的LED在亮度和寿命上的要求高于LED指示灯，平均价格在指示灯LED之上，这就导致显示屏用LED市场规模达到32.4亿元，超过指示灯，位居榜首。应用2：小尺寸背光源市场放缓，中大尺寸将成为新关注点。LED早已应用在以手机为主的小尺寸液晶面板背光市场中，手机产量的持续增长带动了背光源市场的快速发展。特别是2003年彩屏手机的出现更是推动白光LED市场的快速发展。但随着手机产量进入平稳增长阶段以及技术提升导致用于手机液晶面板背光源LED数量减少，使得LED在手机背光源中用量增速放缓，2005
31、年背光源用LED数量超过12亿只，未来几年增长率也将保持在个位数。数量增速的放缓加上平均价格的不断下降，最终导致小尺寸背光源市场增长乏力，同时，中大尺寸背光源市场虽为厂商新宠，但在2006年还不能形成规模。在上述两个因素的影响下，背光源市场将在2006年出现1%的负增长。2005年背光源市场规模超过15亿元。应用3：汽车车灯市场潜力大。2005年中国LED汽车应用市场规模为0.29亿元，其中汽车车灯市场规模为0.21亿元。从整个LED应用市场看，汽车应用市场还处于萌芽状态，市场规模很小。LED作为汽车车灯主要得益于低功耗、长寿命和响应速度快的特点。有统计显示，在汽车以100公里的时速行驶下，装
32、有LED刹车灯的车辆较没有装LED刹车灯的车辆刹车距离将减少7英尺。目前，LED己经逐步应用在汽车的第三刹车灯上。虽然LED目前还面临着单位瓦数流明低以及相关政策的限制，在进入汽车尾灯及前灯市场还需要一定的时间，但是随着成本性能比的下降以及发光效率的提升，最终LED将逐步实现从汽车内部、后部到前部的转移，最终占据整个汽车车灯市场。凭借着汽车的巨大产能，LED车灯市场面临着巨大的发展潜力。应用4：室内装饰灯市场逐步启动。室内装饰灯市场是LED的另一新兴市场。通过对电流的控制，LED可以实现几百种甚至上千种颜色的变化。在现阶段讲究个性化的时代中，LED颜色多样化有助于LED装饰灯市场的发展。LED
33、已经开始做成小型装饰灯，装饰幕墙应用在酒店、居室中。2005年室内装饰灯市场规模达到1.58亿元。经过多年的替换工作，全国主要城市由传统交通灯替换为LED交通灯的工作已经接近尾声。LED交通灯市场在经历了多年的高速成长期后，2005年市场规模达到15.2亿元。但是随着替换工作的完成，LED交通灯市场将不会再维持高速增长，预计2006年LED交通灯市场只实现5.8%的增长，达到16.1亿元。应用5：景观照明市场快速发展，2007年市场增速达到高峰。景观照明市场主要以街道、广场等公共场所装饰照明为主，推动力量主要来自于政府。受到2008年北京奥运会和2010年上海世博会的影响，北京、上海等举办地加
34、快了景观照明的步伐，由于LED功耗低，在用电量巨大的景观照明市场中具有很强的市场竞争力。目前，LED已经越来越多地应用到景观照明市场中。2005年中国景观照明市场规模超过7亿元，在上述两个主要活动的带动下，景观照明市场会在2007年达到72%的高增长率。此外，奥运会和世博会的主要作用远远不再于自身带动景观照明市场的成长，更重要的是其榜样作用。为了迎接奥运会和世博会的召开，北京、青岛、上海等地将建成一批LED景观照明工程，这些工程在装饰街道的同时还将起到示范作用。其他城市在看到LED在景观照明中的出色表现会减少对LED景观照明的使用顾虑，加快使用LED在景观照明中的应用。LED将会从一级城市快速
35、向二级、三级城市扩展。应用6：通用照明市场路漫漫，任重而道远。对于进入通用照明市场而言，白光LED除面临着诸如发光效率低、散热不好、成本过高等问题外，还将面临到光学、机构与电控等的整合以及LED照明产品通用标准的制订。解决上述问题需要很长的一段时间。由于酒店、商务会馆、高档商用写字楼等商用场所对价格的敏感度低，同时这些高档场所更注重于彰显品位与尊贵的地位，对于新兴产品抱有更大的兴趣度。这些都降低了LED照明进入的门槛。预计LED照明将率先进入商用市场，逐步向民用市场扩展。 1.3 LED的发展趋势新型可见光LED单晶材料以AIGaInP和GaN为主流。发展趋势主要是实现全彩、提高亮度、改进封装
36、、显示大型化。材料外延生长的新技术实现产业化、金属有机化台物、汽相淀积（MOCVD）法的晶体生长工艺已成为当代开发、生产新型LED，实现全彩化、高亮化的关键技术。（1）全彩化 在实用化的可见光LED中缺少蓝色，这是实现全彩化的一大难题，因为要实现全彩（包括白色）显示，必须要有红、绿、蓝三基色，因而蓝色LED的发展一直受全彩显示所驱动。多年来，日、美等国都在极力研究开发蓝色LED。1994年日本日亚公司首先开发成功的蓝色LED主要应用于全色显示屏，现在能够销售蓝色LED的厂商只有日本日亚公司和美国CREE公司二家，但至今仍未形成大批量生产。改善蓝色LED的晶体材料质量，提高发光效率，降低成本仍是
37、今后发展的主要目标。蓝色LED刚问世时售价高达50美元/只。随着生产技术的不断改进，目前低亮度的蓝色LED价格已降至1美元/只，今后价格将继续下跌。到2000年蓝色LED的亮度将和红色、橙色、黄色、绿色LED不相上下，而且售价只有10美分/只。（2）高亮化 目前全球LED的产值中高亮度产品约30%。至2000年，全球LED的总产值可突破38.46亿美元，其中高亮度产品，每年都会有30%的增长，至于中低亮度的产品增长率不会超过5%。再者超高亮度（法向光强超过1000mcd者）之红、橙、绿、蓝色LED产品已进入市场，使一些户外广告板、超大型屏幕、交通指示灯、汽车尾灯、刹车灯、方向灯等应用在扩大。（
38、3）大型化 可见光LED之所以会出现这一发展趋势，主要是为了满足显示器这一应用领域的需求。与液晶显示器相比，由于LED可以以并联的方式联结在一起，不受尺寸大小的限制，而且LED本身可发光。对于一些需配备大尺寸的产品而言，更希望一些大型化的LED，目前显示屏的最大尺寸为1015。（4）封装小型化 封装小型化主要是指适合于表面安装的LED品种正在增大。表面安装LED为带盘式封装，卷盘尺寸为117.8mm，可容纳2000只LED管芯。大部分尺寸为2.91.3mm ，最新的表面安装LED产品将采用专有的“模制内部连接装置”技术，使用高效反射外壳，既保证亮度，又适合于回流焊接。表面安装LED已成为封装小
39、型化的主流和方向。（5）生产型MOCVD外延生长工艺设备的高产化 MOCVD已是研究和生产新型LED的关键设备，目前新型LED的外延生长方法主要有MOCVD 和MBE 两种，但MOCVD仍是今后发展的主流。一台精良的生产型MOCVD设备集气体动力学、流体力学、自动化控制、CAD于一体。为保证衬底大面积淀积的均匀性，采用了气垫旋转技术，精心的气流设计使外延生长的衬底可悬空作行星式旋转。为了精确地控制材料组分和突变界面，采用了无任何涡流的层流设计。目前国际上生产MOCVD 的厂家以德国AIXTRON 和美国EMCORE二家公司最为著名，它们生产的AIX2400型、GS/3200型等系列MOCVD设
40、备已成功地用于高亮度红色、橙色、黄色、绿色、蓝色LED的批量生产，目前每炉的批量以2英寸计为1517片。今后的发展方向是提高每炉的生产批量，实现高产化，以降低生产成本为目标。如果每炉批量超过百片（2英寸），则生产成本有可能与LPE相近。1.4 本文研究的目的和意义及主要研究内容（1）目的和意义在提倡环保、节能的今天，LED被认为是二十一世纪的新型半导体绿色照明光源，具有能耗低、寿命长、响应时间短、安全低压、环保、应用灵活、调节方便等诸多优点。随着经济的发展，LED应用随需求而急剧增大，它已经广泛地应用于电信、邮政、金融、交通等各个行业。目前来看，LED毕竟是一种新的材料和技术，掌握核心发光芯片
41、制造技术的只有美国和日本少数几个国家，高昂的价格让LED灯进入家庭照明还需一定时日，但这不能否定LED极其广阔的发展前景。不仅如此，由于其本身具有的优良特性，LED光源在很多领域具有着其他光源无法替代的优势。LED灯就可以说是无处不在的。但是和世界LED灯产业比较发达的地区相比，我们在产业规模、产能和技术上都还处于一个比较下游的阶段，即使这样，我们的市场空间还是很大的。LED灯照明产品的应用可以说是五花八门，只要有光的地方都可以用LED。最大的市场就是照明灯，如果把上千亿的照明灯都用LED灯代替的话，这个市场的空间是不可估量的。研制一种新型LED光源代替传统白炽灯光源具有很大的实际意义。（2）
42、主要研究内容无论那种电源，都不可能直接给LED供电，所以，要应用LED做照明光源，就要解决电源变换的问题。因此本文首先介绍了LED照明的特点和LED光学特性参数及LED驱动器的特性。其次从LED的驱动电路入手。详细的对现有的照明驱动电路进行了分析，实际设计了三种实用的LED驱动电路，通过对三种LED驱动电路的性能及特点进行比较，从而得出这三种驱动电路哪种驱动电路更简捷、更节能。第二章 LED基础知识2.1 LED的结构50年前人们已经了解半导体材料可产生光的基本知识，第一个商用二极管产生于1960年。LED主要由PN结芯片、电极和光学系统组成。当在电极上加上正向偏压之后，电子和空穴分别注入P区
43、和N区。当非平衡少数载流子与多数载流子复合时，就会以辐射光子的形式将多余的能量转化为光能。LED的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以LED的抗震性能好。LED结构图如下图所示。 图2.1 LED的结构示意图LED的两根引线中较长的一根为正极，应接电源正极。LED发光体芯片的面积为10.12mil，目前国际上出现的大芯片LED的芯片面积达40mil。2.2 LED的种类LED（Light emitting diode）我们有叫它LAMP LED产品的、有叫它P2产品的、也有叫它插件LED的，不管怎么样只要是直插式的都归
44、与一种。而LED种类里面还有很多种类：（1）按发光颜色分：红色（red）、橙色（orange）、黄色（yellow）、黄绿色（green yellow）、绿色（green）、蓝绿色（blue green）、蓝色（blue）、紫色（pink）、紫外线（uv）、白色（white）、红外线等等。另外，有的LED中包含两种或三种颜色的芯片。根据LED出光处掺或不掺散射剂、有色还是无色，各种颜色的LED还可分为有色透明、无色透明、有色散射和无色散射四种类型。散射型LED适合作指示灯用。（2）按出光面特征，LED可分为圆灯、方灯、矩形灯、面发光管、侧向管以及表面安装用微型管等。圆形灯按直径可分为2mm、4.4mm、5mm、8mm、10mm及20mm等规格。国外通常把3mm的LED记作T-1，把5mm的LED记作T-1(3/4)；把4.4mm的LED记作T-1(1/4)。（3）按发光强度角分布图可分为以下三类：高指向型。一般为尖头环氧封装，或是带金属反射腔的封装，且不加散射剂，半值角度为520或更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或与光检出器联用一组成自动检测系统。标准型。通常作为指示灯用，其半值角度为2045。散射型。这是视角较大的
