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你问我答 LED设计十大经典问答

导读: 近年来,LED制造工艺的不断进步和新材料的开发和应用,各种颜色的超高亮度LED取得了突破性进展,其发光效率提高了近1000倍,色度方面已实现了可见光波段的所有颜色,其中最重要的是超高亮度白光LED的出现,使LED应用领域跨越至高效率照明光源市场成为可能。

  近年来,LED制造工艺的不断进步和新材料(氮化物晶体和荧光粉)的开发和应用,各种颜色的超高亮度LED取得了突破性进展,其发光效率提高了近1000倍,色度方面已实现了可见光波段的所有颜色,其中最重要的是超高亮度白光LED的出现,使LED应用领域跨越至高效率照明光源市场成为可能。

  通过十多年对LED设计的潜心研究和学习。本人收集了LED应用设计中一些经典性的基础问题分享给大家。其中涉及到内容有单个LED的流明效率与用LED作光源构成的灯具的流明效率异同分析,LED的结温原理及结温升高会对LED产生的影响问题,静电破坏的原理以及列举一些类型的LED容易受静电破坏导致失效,探讨LED路灯防雷能用一个压敏电阻的问题,解读设计高品质LED驱动电路的方法和选择和设计LED驱动电源时要考虑哪些因素等问题。

  问:单个LED的流明效率与用LED作光源构成的灯具的流明效率有什么异同?

  答:针对某一个特定的LED,加上规定的正向偏置,如加上IF=20mA正向电流后(对应的VF≈3.4V),测得的辐射光通量Φ=1.2lm,则这个LED的流明效率为η=1.2lm×1000/3.4V×20mA=1200/68≈17.6lm/W。显然,对单个LED,如施加的电功率Pe=VF×IF,那么在这个功率下测得的辐射光通量折算为每瓦的流明值即为单个LED的流明效率。

  但是,作为一个灯具,不论LEDPN结上实际加上的功率VF×IF是多少,灯具的电功率总是灯具输入端口送入的电功率,它包括电源部分(如稳压器、稳流源、交流整流成直流电源部分等)所消耗的功率。灯具中,驱动电路的存在使它的流明效率比测试单个LED的流明效率要下降。电路损耗越大,流明效率越低,因此,寻找一种高效率的LED驱动电路就显得极为重要。

  问:什么是LED的结温?结温升高会对LED造成什么影响?

  答:LED基本结构是一个半导体的PN结。当电流流过LED器件时,PN结的温度将上升,严格意义上说,就把PN结区的温度定义为LED的结温。通常由于器件芯片均具有很小的尺寸,因此我们也可把LED芯片的温度视之为结温。

  当PN结的温度(例如环境温度)升高时,PN结内部的杂质电离加快,本征激发加速。当本征激发产生的复合载流子的浓度远远超过杂质浓度时,本征载流子的数量增大的影响较之迁移率减小的半导体电阻率变化的影响更为严重,导致内量子效率下降,温度升高又导致电阻率下降,使同样IF下,VF降低。如果不用恒流源驱动LED,则VF降将促使IF指数式增加,这个过程将使LEDPN结上温升更加快,最终温升超过最大结温,导致LEDPN结失效,这是一个正反馈的恶性过程。

  PN结上温度升高,使半导体PN结中处于激发态的电子/空穴复合时从高能级向低能级跃迁时发射出光子的过程发生退化。这是由于PN结上温度升高时,半导体晶格的振幅增大,使振动的能量也发生增加,当它超过一定值时,电子/空穴从激发态跃迁到基态时会与晶格原子(或离子)交换能量,于是成为无光子辐射的跃迁,LED的光学性能退化。

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