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      專注行業(yè)ERP管理軟件十幾年，成就發(fā)展夢想 
    		
        
    
      
    
         
        
    
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    傳真：0755-29183559
    		
            
    
            
    
              
              
    咨詢熱線：13544129397
    		
            
    
            
    
              
              
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    LED光源在工程應用中的一些常識
    		
                          
    
                            
                    
    
                        
    
                          
                            
    
                              
                            
    
                              
                        
    
                      
    
                          
    
                            

    
                                    
                                 
                                    作者：宏拓新軟件
                            
    		
                          
    
                            
    
                              
    
                                  
         發(fā)布日期：2007-11-10         
    		
                              
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                              珠海市南宇星電子有限公司 林少芝
    一、關于LED光源應用的簡介：
    LED照明行業(yè)是一個新興的行業(yè)，它以其獨特的優(yōu)點深受人們的青睞。如今在光電工程中，提高光效，節(jié)約能源和高可靠性已經成為人們共同追求的目的。我們在討論和使用LED光源時，都會想到LED的壽命長、節(jié)約能源、亮度高等特點。也正是因為如此LED光源才倍受歡迎。LED光源雖有以上優(yōu)點，卻并不如人們所說的那么神奇。只有給其配上合適、高效的LED電源、合理的電路設計、完善的防靜電措施、正確的安裝工藝才能充分發(fā)揮和利用LED光源的以上優(yōu)點。下面我就LED光源在工程應用中的一些常識做簡單的介紹，供大家參考。
    二、LED壽命的理解
    LED的使用壽命，一般認為在理想狀態(tài)下有10萬小時。實際在使用過程中其光強會隨使用時間的推移逐漸衰減，即電能轉化為光能的效率逐漸降低。我們能真正使用的有效光強范圍應在其衰減到初始光強的70%以上時，壽命是否可以定義為光效逐漸降低至70%的時間段。目前還沒有明確的國家標準用來衡量。而且LED的使用壽命與其芯片的質量和封裝技術、工藝直接相關，據某LED封裝廠的試驗數據有些芯片在20mA條件下連續(xù)點亮4000小時后其光亮度衰減已達50%。但是隨著技術、工藝的提高，光衰時間越來越緩慢，即壽命也越長。
    三、LED的節(jié)能及可靠性
    LED是電流控制元件，通過流過的電流，直接將電能轉變?yōu)楣饽埽室卜Q光電轉換器。因其不存在摩擦損耗和機械損耗，所以在節(jié)能方面比一般的光源的效率高，但是LED光源并不能像一般的普通光源一樣可以直接使用電網電壓，它必須配置一個電壓轉換裝置，提供滿足其額定的電壓、電流，才能正常使用，即LED專用電源。但是各種不同的LED電源其性能和轉換效率各不相同，所以選擇合適、高效的LED專用電源，才能真正體現LED光源高效特性。因為低效率的LED電源本身就需要消耗大量電能，在配合LED的使用過程中根本就體現不出LED的高效節(jié)能特性。而且LED電源也必須是高可靠性電源，才能使LED光源系統(tǒng)長壽命。
    四、LED的基本特性及使用時的注意事項
    1．光電特性：
    LED在其電流極限參數范圍內流過LED的電流越大，它的發(fā)光亮度越高。即LED的亮度與通過LED的電流成正比。但綠光和藍光及白光在大電流情況下會出現飽和現象，不僅發(fā)光效率大幅降低，而且使用壽命也會縮短。
    2． 光學特性
    LED按顏色分有紅、橙、黃、綠、藍、紫、白等多種顏色。按亮度分有普亮、高亮、超高亮等，同種芯片在不同的封裝方式下，它的亮度也不相同。按人的視覺可分為可見光和不可見光。按發(fā)光顏色的多少可分為單色、雙色、七彩等多種類型。色彩的純度不同價格相差很大，現行的純白色LED價格特貴。同時發(fā)光視角不同，光效亦不同，使用時特需注意。
    3． 常見的LED電性能參數
    （1）LED正向電壓
    不同顏色的LED在額定的正向電流條件下，有著各自不同的正向壓降值，紅、黃色：1.8~2.5V之間，綠色和藍色：2.7~4.0V之間。對于同種顏色的LED，其正向壓降和光強也不是完全一致的。如下表：
    LED 型號：5 4HCA
    發(fā)光顏色 外觀顏色 波長 λD(nm) 正向電壓VF 亮度Iv(mcd)
    IF=20mA 
    Min. Max. 
    紅色 水透明 645~660 1.8 2.5 50~300
    黃綠色 水透明 570~575 1.8 2.5 50~300
    黃色 水透明 585~590 1.8 2.5 500~5000
    藍色 水透明 455~475 2.7 4.0 500~7000
    綠色 水透明 515~535 2.7 4.0 2000~10000
    藍綠色 水透明 490~515 2.7 4.0 2000~10000
    白色 水透明 - 2.7 4.0 3000~15000
    在同一電路中應該盡量使用在額定電流條件下正向壓降值相同、光強范圍小的LED。只有這樣才能保證LED的發(fā)光效果一致。其具體的電性參數可依各封裝廠每包裝提供的產品分光參數標簽值。（有些公司每批分選都不一致）
    （2）LED的額定工作電流
    LED的額定電流各不相同，普通的LED電流一般為20mA，大功率的LED電流一般為40 mA 或350 mA不等。具體要按各封裝廠提供的電流參數值。
    一般LED在反向電壓：VR=5V的條件下，反向電流：IR≤10µA。
    （3）LED的功率
    LED功率的大小也各不相同，有70mW、 100mW、 1W、2W、3W、5W等，
    所以必須根據所選擇的LED，設計合理的使用電路和配置合適的LED數量，使其完全滿足LED電源的額定值，如果設計的電路使每個LED分擔電壓或電流過高就會嚴重影響LED的使用壽命甚至燒毀LED，如果分擔的電壓或電流過低則激發(fā)的LED光強不夠，就不能充分發(fā)揮LED應有的效果，達不到我們所期望的目的。
    4． 溫度特性
    （1）LED的焊接溫度應在250℃以下，焊接時間控制在3~5S之間。要注意避免LED溫度過高從而使芯片受損。
    （2）LED的亮度輸出與溫度成反比，溫度不僅影響LED的亮度，也影響它的壽命。使用中盡量減少電路發(fā)熱，并做一定的散熱處理。
    5． 防靜電特性
    LED裝配過程中必須加強防靜電措施，因為操作過程和人體本身都會產生靜電，對于雙電極的LED最易被靜電反向擊穿，從而嚴重影響LED的使用壽命甚至使其完全報廢。
    如防靜電環(huán)境不是非常完善，可以給LED使用者增加防靜電腕帶，設置良好的防靜電接地系統(tǒng)，離子風機等設備。
    五、LED連接電路的常見形式
    1．串聯：這種電路需要電源提供較高的電壓。
    V總=各LED的VF之和=VF1+VF2+VF 3+VF 4------+VF N
    I總=單顆LED的IF值
    2． 并聯：這種電路需要電源能提供較高的電流。
    V總=單顆LED的VF 值
    I總=各LED的IF之和=IF1+IF2+IF3+IF4------+IFN
    3． 串聯/并聯組合
    a、 在實際運用中，負載常采用通過串并聯形成的LED陣列；
    b、 將LED連接成串聯/并聯組合的形式，可大幅減低因少數LED的VF不一致造成的影響；
    c、 陣列形式或LED個數變化，限流電阻也應相應變化。
    d、 串聯/并聯組合的形式會使輸出電流隨輸入電壓和環(huán)境溫度等因素而發(fā)生的變化更加顯著；




    4． 為了能有效控制電路中的電流，須在電路中配置適當的限流電阻。
    R=（V輸入電壓-VLED總電壓）/I（流過限流電阻的電流）
    限流電阻的作用主要是控制LED的電流，使電壓更平滑，并使各并聯支路的亮度更均勻。限流電阻阻值大效果較好，但是限流電阻的取值也不能太大，否則會增加電能的損耗及元件溫度升高。
    六、電源的分類及特性
    1、按驅動方式可分為兩大類：
    （1）恒流式：
    a、 恒流驅動電路輸出的電流是恒定的，而輸出的直流電壓卻隨著負載阻值的大小不同在一定范圍內變化，負載阻值小，輸出電壓就低，負載阻值越大，輸出電壓也就越高；
    b、 恒流電路不怕負載短路，但嚴禁負載完全開路。
    c、 恒流驅動電路驅動LED是較為理想的，但相對而言價格較高。
    d、 應注意所使用最大承受電流及電壓值，它限制了LED的使用數量；
    （2）穩(wěn)壓式：
    a、 當穩(wěn)壓電路中的各項參數確定以后，輸出的電壓是固定的，而輸出的電流卻隨著負載的增減而變化；
    b、 穩(wěn)壓電路不怕負載開路，但嚴禁負載完全短路。
    c、 以穩(wěn)壓驅動電路驅動LED，每串需要加上合適的電阻方可使每串LED顯示亮度平均；
    d、 亮度會受整流而來的電壓變化影響。
    2、按電路結構方式分類
    （1）電阻、電容降壓方式：通過電容降壓，在閃動使用時，由于充放電的作用，通過LED的瞬間電流極大，容易損壞芯片。易受電網電壓波動的影響，電源效率低、可靠性低。（見圖一）





    （2）電阻降壓方式：通過電阻降壓，受電網電壓變化的干擾較大，不容易做成穩(wěn)壓電源，降壓電阻要消耗很大部分的能量，所以這種供電方式電源效率很低，而且系統(tǒng)的可靠也較低。（見圖二）
    （3）常規(guī)變壓器降壓方式：電源體積小、重量偏重、電源效率也很低、一般只有45%～60%，所以一般很少用，可靠性不高。




    （4）電子變壓器降壓方式：電源效率較低，電壓范圍也不寬，一般180～240V，波紋干擾大。






    （5）RCC降壓方式開關電源：穩(wěn)壓范圍比較寬、電源效率比較高，一般可以做到70%～80%，應用也較廣。由于這種控制方式的振蕩頻率是不連續(xù)，開關頻率不容易控制，負載電壓波紋系數也比較大，異常負載適應性差。





    （6）PWM控制方式開關電源：主要由四部分組成，輸入整流濾波部分、輸出整流濾波部分、PWM穩(wěn)壓控制部分、開關能量轉換部分。PWM開關穩(wěn)壓的基本工作原理就是在輸入電壓、內部參數及外接負載變化的情況下，控制電路通過被控制信號與基準信號的差值進行閉環(huán)反饋，調節(jié)主電路開關器件導通的脈沖寬度，使得開關電源的輸出電壓或電流穩(wěn)定（即相應穩(wěn)壓電源或恒流電源）。電源效率極高，一般可以做到80%～90%，輸出電壓、電流穩(wěn)定。一般這種電路都有完善的保護措施，屬高可靠性電源。





    從以上介紹可以看出PWM控制方式設計的LED電源是比較理想的LED電源。目前珠海市南宇星電子公司生產的“金興”牌LED開關電源就是PWM控制技術的開關電源，該類LED電源經用戶使用反映效果很好。
    七、工程中的簡易計算方法
    1. 由已知電源功率計算LED的數量
    (即取所得數據的整數) （7-1）
    例：額定輸出功率為10W電源，使用額定的正向電流20mA，耗散功率為70mW條件下可配置多少個LED？
    依以上公式
    (即取所得數據的整數) 
    2. 對于恒壓驅動方式：由已知的輸出電源電壓計算每支路串聯LED數量及并聯支路數
    （1）計算每條支路的LED個數 公式： (最大值) 
    （2）計算并聯支路數 公式: 
    注：VLED值依不同發(fā)光顏色各有不同，用穩(wěn)壓電源驅動LED時，為了控制電流，通常需要串聯電阻器。
    例：一個額定輸出電壓為DC 24V,功率為10W電源，使用額定正向電流20mA，耗散功率為70mW額定的正向電壓為1.8V�？膳渲枚嗌賯�LED呢？
    依以上公式可以得出 
    (即取所得數據的整數)



    即可以帶10組支路，每支路14個LED串聯構成的電路，共140個LED。
    3. 對于恒流驅動方式：由已知的電源輸出電流及LED的電流值計算出并聯支路數及每支路數量

    （1）計算并聯的支路數公式： (最小值) 
    （2）計算支路串接LED個數: 
    注：其中n按（7-1）計算
    例：一個額定輸出電流為DC 0.35A，額定功率為10W電源，驅動耗散功率為70mW，正向電流為0.02A的LED，可怎樣配置？
    依以上公式可以得出 
    并聯支數路：
    (即取所得數據的整數)
    每支路串接數：個數
    即可以帶17組，每組8個LED串接，共136個LED。
    4. 線路損耗及線路壓降的計算
    P電線=I R V電線=IR
    R電線=σ （備注：L為電線長度；S為電線橫截面積；σ為電線電導率）也可以查電工手冊。
    例：用長度為10米（正、負極電線各5米），24AWG的銅芯電線，通過電流為2A，其損耗的功率及線路壓降為多少? 
    查電工手冊可知：R電線 = 0.737W 
    V電線 = 2×0.737 =1.474V
    P電線 = 2 ×0.737 = 2.948W
    從以上計算可以看出，線路電流較大時，要注意選擇合適的導線截面，否則線路損耗及線路壓降是相當大的。 
    我們只有完全了解LED和LED電源的基本特性，才能正確設計和使用LED光源。
    		
                            
    
                        
    
                      
    
                            
    
                              
                            
    
                      
    
                          
                            
    
                              
                               
                            
    
                            
    
                              
                              
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