課程小論文 發(fā)光二極管LED的驅(qū)動(dòng)電路與應(yīng)用

1、課程小論文發(fā)光二極管LED的驅(qū)動(dòng)電路與應(yīng)用摘要：發(fā)光二極管在生活中運(yùn)用相當(dāng)廣泛，常作為指示燈、手電筒、顯示板等。隨著白光LED的出現(xiàn)，也開(kāi)始被用于照明。它不但節(jié)約電，用電效率高，而且制造原料豐富，它被譽(yù)為21世紀(jì)的新型光源。但是要全面普及LED，就必須攻克LED驅(qū)動(dòng)這個(gè)難題。本文主要是對(duì)LED的驅(qū)動(dòng)進(jìn)行簡(jiǎn)單的總結(jié)，讓大家對(duì)LED有一個(gè)初步的了解。本文也涉及一些發(fā)光二級(jí)管的應(yīng)用，包括它的前景和可能的發(fā)展方向，用以更加全面的展現(xiàn)出LED的應(yīng)用情況。關(guān)鍵詞：發(fā)光二級(jí)管 ；原理及結(jié)構(gòu) ；驅(qū)動(dòng)電路；分類(lèi)與應(yīng)用 1引言由于LED具有高亮度、高效率、高可靠性、長(zhǎng)壽命以及多色等特點(diǎn)，使其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)展，電子

2、告示牌、交通信號(hào)燈、室內(nèi)照明、建筑照明和汽車(chē)尾燈等領(lǐng)域。為了使LED 應(yīng)用于各種電路中，設(shè)計(jì)有高集成度、最簡(jiǎn)外圍電路、高效率、大功率以及可調(diào)光功能等優(yōu)點(diǎn)的LED驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)成為了熱點(diǎn)。本文的目的是簡(jiǎn)單介紹一下LED的構(gòu)成，它的驅(qū)動(dòng)電路以及一些應(yīng)用。我們把這些知識(shí)點(diǎn)總結(jié)在了下文中。2 LED的相關(guān)知識(shí)2.1LED簡(jiǎn)介L(zhǎng)ED （Light Emitting Diode）即發(fā)光二級(jí)管。由鎵（Ga）與砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二極管，當(dāng)電子與空穴復(fù)合時(shí)能輻射出可見(jiàn)光，因而可以用來(lái)制成發(fā)光二極管。在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數(shù)字顯示。磷砷化鎵二極管發(fā)紅光，磷化鎵二極管發(fā)綠光，碳化硅二

3、極管發(fā)黃光。 圖1 常見(jiàn)的LED發(fā)光二級(jí)管2.2LED發(fā)光原理當(dāng)PN 節(jié)外加正向電壓時(shí)（P 型半導(dǎo)體接電源正極，N 型半導(dǎo)體接電源負(fù)極），外電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)作用，總的效果是削弱內(nèi)電場(chǎng)，從而空穴和電子可以再向?qū)Ψ絽^(qū)域擴(kuò)散形成穩(wěn)定的電流。此時(shí)高能態(tài)的電子與空穴復(fù)合時(shí)就把多余的能量以光的形式釋放出來(lái)，從而把電能直接轉(zhuǎn)化成光能。當(dāng)然在發(fā)光二極管的PN 節(jié)上加反向電壓（P 型半導(dǎo)體接電源負(fù)極，N 型半導(dǎo)體接電源正極），由于內(nèi)電被加強(qiáng)，所以進(jìn)一步阻止了多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，電路不能導(dǎo)通就不能發(fā)光。圖2 LED發(fā)光原理圖2.3LED的結(jié)構(gòu)LED的心臟是一個(gè)半導(dǎo)體的芯片，芯片的一端附在一個(gè)支架上，較短的一端是陰極

4、，另一端連接電源的正極，使整個(gè)芯片被環(huán)氧樹(shù)脂封裝起來(lái)。半導(dǎo)體芯片由兩部分組成，一部分是P型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是N型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子。但這兩種半導(dǎo)體連接起來(lái)的時(shí)候，它們之間就形成一個(gè)P-N結(jié)。當(dāng)電流通過(guò)導(dǎo)線作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，電子就會(huì)被推向P區(qū)，在P區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會(huì)以光子的形式發(fā)出能量。 圖3 LED的結(jié)構(gòu)圖2.4無(wú)機(jī)半導(dǎo)體物料和發(fā)光顏色以下是傳統(tǒng)發(fā)光二極管所使用的無(wú)機(jī)半導(dǎo)體物料和所它們發(fā)光的顏色：鋁砷化鎵(AlGaAs)-紅色及紅外線鋁磷化鎵(AlGaP)-綠色磷化鋁銦鎵(AlGaInP)-高亮度的橘紅色，橙色，黃色，綠色磷砷化鎵(GaAsP)-紅色，

5、橘紅色，黃色磷化鎵(GaP)-紅色，黃色，綠色氮化鎵(GaN)-綠色，翠綠色，藍(lán)色銦氮化鎵(InGaN)-近紫外線，藍(lán)綠色，藍(lán)色碳化硅(SiC)(用作襯底)-藍(lán)色硅(Si)(用作襯底)-藍(lán)色(開(kāi)發(fā)中)藍(lán)寶石(Al2O3)(用作襯底)-藍(lán)色鉆石(C)-紫外線氮化鋁(AlN)-波長(zhǎng)為遠(yuǎn)至近的紫外線3 LED的驅(qū)動(dòng)3.1產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)原因由于LED是特性敏感的半導(dǎo)體器件，又具有負(fù)溫度特性，因而在應(yīng)用過(guò)程中需要對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)定工作狀態(tài)和保護(hù)，從而產(chǎn)生了驅(qū)動(dòng)的概念。圖4 LED的驅(qū)動(dòng)實(shí)物圖3.2驅(qū)動(dòng)的簡(jiǎn)單介紹(1)按供電電壓高低分類(lèi) 1、從供電電壓的高低可以將驅(qū)動(dòng)器分成三類(lèi)：由電池供電,電壓一般低于5V。主要用于

6、便攜式電子產(chǎn)品，驅(qū)動(dòng)小功率及中功率白色LED。 2、大于5V供電，如6V、9V、12V、24V(或更高)，由穩(wěn)壓電源或電瓶供電，主要用降壓式或升降式DCDC轉(zhuǎn)換器，主要驅(qū)動(dòng)LED燈。 3、直接由市電供電(110VAC或220VAC)或相應(yīng)的高壓直流電，如40“-400V，主要用于驅(qū)動(dòng)大功率白色LED燈，采用降壓式DCDC轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)電路。(2)按負(fù)載連接方式分類(lèi) 串聯(lián)方式、并聯(lián)方式、混連方式。(3)按驅(qū)動(dòng)方式的分類(lèi) 若按LED驅(qū)動(dòng)方式來(lái)分類(lèi)有兩種：恒壓驅(qū)動(dòng)和恒流驅(qū)動(dòng)。3.3LED驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)(1)高可靠性，特別像LED路的驅(qū)動(dòng)電源，裝在高空，維修不方便，維修的花費(fèi)也大。(2)高效率 LED是節(jié)能產(chǎn)

7、品，驅(qū)動(dòng)電源的效率要高。（3）高功率因素 功率因素是電網(wǎng)對(duì)負(fù)載的要求。一般70瓦以下的用電器，沒(méi)有強(qiáng)制性指標(biāo)。（4)驅(qū)動(dòng)方式 現(xiàn)在通行的有兩種：其一是一個(gè)恒壓源供多個(gè)恒流源，每個(gè)恒流源單獨(dú)給每路LED供電。另一種是直接恒流供電，LED串聯(lián)或并聯(lián)運(yùn)行。（5）浪涌保護(hù) LED抗浪涌的能力是比較差的，特別是抗反向電壓能力。因此LED驅(qū)動(dòng)電源要有抑制浪涌的侵入，保護(hù)LED不被損壞的能力。（6）保護(hù)功能 電源除了常規(guī)的保護(hù)功能外，最好在恒流輸出中增加LED溫度負(fù)反饋，防止LED溫度過(guò)高。（7）防護(hù)方面 燈具外安裝型，電源結(jié)構(gòu)要防水、防潮，外殼要耐曬。（8）驅(qū)動(dòng)電源的壽命要與LED的壽命相適配。3.4一些

8、常見(jiàn)的驅(qū)動(dòng)電路（1）單節(jié)電池LED驅(qū)動(dòng)電路圖5 單節(jié)電池LED驅(qū)動(dòng)電路（2）LED顯示屏驅(qū)動(dòng)電源電路圖圖6 LED顯示屏驅(qū)動(dòng)電源電路圖(3)LED節(jié)能燈驅(qū)動(dòng)電源電路圖圖7 LED節(jié)能燈驅(qū)動(dòng)電源電路圖(4)LED手電筒驅(qū)動(dòng)電路原理圖圖8LED手電筒驅(qū)動(dòng)電路原理圖（5）led日光燈驅(qū)動(dòng)電路圖圖9LED日光燈驅(qū)動(dòng)電路圖（6）常見(jiàn)雙管節(jié)能燈電路原理圖圖10 常見(jiàn)雙管節(jié)能燈電路原理圖4 LED的分類(lèi)與應(yīng)用4.1LED的優(yōu)勢(shì)電壓低:LED使用低壓電源，比使用高壓電源更安全，特別適用于公共場(chǎng)所。效能高: 在相同的照明度下，LED消耗的電能只有白熾燈的10%，在能源緊缺的今天具有大的經(jīng)濟(jì)效益。適用性強(qiáng):LED

9、密封性好、體積小、沒(méi)有易碎的玻璃、抗震性好等特點(diǎn),使用時(shí)安全可靠，可以制備成各種形狀的器件，并且適合于各種易變的環(huán)境穩(wěn)定性強(qiáng):10萬(wàn)小時(shí)，光衰為初始的50%，其發(fā)光時(shí)無(wú)頻閃現(xiàn)象，能有效保護(hù)人的視力。響應(yīng)時(shí)間短:其白熾燈的響應(yīng)時(shí)間為毫秒級(jí)，LED燈的響應(yīng)時(shí)間為納秒級(jí)。對(duì)環(huán)境無(wú)污染:無(wú)金屬汞等有害物質(zhì)，節(jié)能環(huán)保。價(jià)格低:因LED省電的特性，及其它的制造簡(jiǎn)單，原料豐富的特點(diǎn)，因而價(jià)格越來(lái)越平民化 ，應(yīng)用越來(lái)越廣泛。4.2 LED的分類(lèi)普通單色發(fā)光二極管 變色發(fā)光二極管閃爍發(fā)光二極管 高亮度發(fā)光二極管電壓控制型發(fā)光二極管 超高亮度發(fā)光二極管負(fù)阻發(fā)光二極管等 超高亮度發(fā)光二極管高亮度發(fā)光二極管 圖11

10、各種顏色的二極管4.3 LED的廣泛用途（1）交通指示信號(hào) 在交通指揮中，要大量用到紅、黃、綠色的信號(hào)燈，LED的單色性能滿足這一要求。目前這一鄰域的大部分燈具都是LED 的產(chǎn)品。(2)生活照明以前大量使用的是霓紅燈，存在制作工藝難度大、玻璃部件過(guò)多易碎、工作電壓高、能耗大等弊端和安全隱患?，F(xiàn)在在政府的大力推動(dòng)下，越來(lái)越多的LED 產(chǎn)品應(yīng)用到夜景照明中(3)醫(yī)用無(wú)影燈，醫(yī)用檢查燈圖12醫(yī)用無(wú)影燈，醫(yī)用檢查燈(4)電子顯示頻、背光等(5)軍事照明、指揮等用途圖13電子顯示頻、背光等 圖14軍事照明、指揮等用途5LED照明前景展望 LED是一種很有前途的照明光源，雖然目前受到技術(shù)水平和價(jià)格的限制，尚無(wú)法在照明領(lǐng)域中與傳統(tǒng)的光源抗衡，但是其發(fā)展的潛力十分巨大。隨著技術(shù)的進(jìn)步，LED必將在照明領(lǐng)域中充分發(fā)揮其節(jié)能高效的特點(diǎn)，從而獲得越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。表1 LED照明前景展望表年份產(chǎn)生1000lm光通量的價(jià)格/美元單只白光LED的光通量/lm20004002200310010020055050020072010006 結(jié)束語(yǔ)作為新型高效固體光源, LED已顯