LED业务培训教材.doc

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1 引言2 LED发光原理3 LED专用术语与重要照明术语4 LED驱动电源介绍5 XY-L42W1ZB,XY-L56W1ZB,XY-L70W1ZB介绍6 太阳能路灯的配置介绍7 LED用铝基板介绍8有关商业照明知识1 引言单从照明节能的效果来讲，做过一个测算，因为中国现在照明用电已经每年有3000亿度，这也是一个非常惊人的量。我们算过如果能够取代30%的传统照明，每年节约的电力应该有600亿度，到2015年，如果随着技术的提升我们认为它节电能达到2000亿度。和原来相比节电会有多少？能够节到90%，这是和白炽灯比，和荧光灯比的话能够节电50%。应该说是一个非常具有潜力的一个节能的产业。如果我们按国家的推算，我们国家有三分之一的光源用半导体照明来代替，那我们可以节省一座三峡发电站。2LED发光原理图2-1(a)半导体发光二极管图2-1(b)半导体激光器发光二极管(Light Emitting Diode，简称LED)和半导体激光器（Laser Diode，简称LD）都属于发光器件，都采用PN结或异质结的注入式场致发光的方法发光。它们的结构如图2-1所示。它们的发光光谱相当窄，LED发光谱线宽典型值是100500；LD的只有0.11宽。它们之间主要区别是：发光二极管靠注入的载流子自发复合的自发辐射，发射的是非相干光。而半导体激光器靠受激辐射，发射的是相干光，光的单色性、方向性和亮度等都比发光二极管的好得多。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-V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2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，光量子效率就高。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。理论和实践证明，光的峰值波长与发光区域的半导体材料禁带宽度g有关，即1240/Eg（mm）；式中Eg的单位为电子伏特（eV）。若能产生可见光（波长在380nm紫光780nm红光），半导体材料的Eg应在3.261.63eV之间。比红光波长长的光为红外光。现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极管，但其中蓝光二极管成本、价格很高，使用不普遍。3LED专用术语与重要照明术语图2-2 LED的波长曲线3.1 LED极限参数的意义（1）允许功耗Pm:允许加于LED两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。超过此值，LED发热、损坏。（2）最大正向直流电流IFm：允许加的最大的正向直流电流。超过此值可损坏二极管。（3）最大反向电压VRm：所允许加的最大反向电压。超过此值，发光二极管可能被击穿损坏。（4）工作环境topm:发光二极管可正常工作的环境温度范围。低于或高于此温度范围，发光二极管将不能正常工作，效率大大降低。3.2电参数的意义(1)光谱分布和峰值波长：某一个发光二极管所发之光并非单一波长，其波长大体按图2-2所示。由图可见，该发光管所发之光中某一波长0的光强最大，该波长为峰值波长。(2)发光强度IV：发光二极管的发光强度通常是指法线（对圆柱形发光管是指其轴线）方向上的发光强度。若在该方向上辐射强度为（1/683）W/sr时，则发光1坎德拉（符号为cd）。由于一般LED的发光二强度小，所以发光强度常用坎德拉(mcd)作单位。(3)光谱半宽度:它表示发光管的光谱纯度。是指图2-2中1/2峰值光强所对应两波长之间隔。(4)半值角1/2和视角：1/2是指发光强度值为轴向强度值一半的方向与发光轴向（法向）的夹角。图2-3 不同型号LED光强分布半值角的2倍为视角（或称半功率角）。图2-3给出的二只不同型号发光二极管发光强度角分布的情况。中垂线（法线）AO的坐标为相对发光强度（即发光强度与最大发光强度的之比）。显然，法线方向上的相对发光强度为1，离开法线方向的角度大，相对发光强度越小。由此图可以得到半值角或视角值。(5)正向工作电流If：它是指发光二极管正常发光时的正向电流值。在实际使用中应根据需要选择IF在0.6IFm以下。(6)正向工作电压VF：参数表中给出的工作电压是在给定的正向电流下得到的。一般是在IF=20mA时测得的。发光二极管正向工作电压VF在1.43V。在外界温度升高时，VF将下降。下降幅度一般为0.02V/。(7)V-I特性：发光二极管的电压与电流的关系可用图2-3表示。在正向电压小于某一值（叫阈值）时，电流极小，不发光。当电压超过某一值后，正向电流随电压迅速增加，发光。由V-I曲线可以得出发光管的正向电压，反向电流及反向电压等参数。正向的发光管反向漏电流Ir10A以下。图2-3 LED的V-I特性曲线3.3:LED的分类按发光管发光颜色分按发光管发光颜色分，可分成红色、橙色、绿色（又细分黄绿、标准绿和纯绿）、蓝光等。另外，有的发光二极管中包含二种或三种颜色的芯片。根据发光二极管发出光处掺或不掺散射剂、有色还是无色，上述各种颜色的发光二极管还可分成有色透明、无色透明、有色散射和无色散射四种类型。散射型发光二极管适合于做指示灯用。按发光管出光面特征分按发光管出光面特征分圆灯、方灯、矩形、面发光管、侧向管、表面安装用微型管等。圆形灯按直径分为2mm、4.4mm、5mm、8mm、10mm及20mm等。国外通常把3mm的发光二极管记作T-1；把5mm的记作T-1（3/4）；把4.4mm的记作T-1（1/4）。由半值角大小可以估计圆形发光强度角分布情况。从发光强度角分布图来分有三类：(1)高指向性。一般为尖头环氧封装，或是带金属反射腔封装，且不加散射剂。半值角为520或更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或与光检出器联用以组成自动检测系统。(2)标准型。通常作指示灯用，其半值角为2045。(3)散射型。这是视角较大的指示灯，半值角为4590或更大，散射剂的量较大。按发光二极管的结构分按发光二极管的结构分有全环氧包封、金属底座环氧封装、陶瓷底座环氧封装及玻璃封装等结构。按发光强度和工作电流分按发光强度和工作电流分有普通亮度的LED（发光强度100mcd）；把发光强度在10100mcd间的叫高亮度发光二极管。一般LED的工作电流在十几mA至几十mA，而低电流LED的工作电流在2mA以下（亮度与普通发光管相同）。按发光波长分发光二极管依发光波长分为可见光发光二极管(波长450680nm) 与可见光发光二极管(波长8501550nm)两大类。若以其使用的磊晶层材料可进一步分为二元化合物(如GaAs、GaSb、GaN 等)、三元化合物( 如AlxGa1-xAs 、AlxGa1-xP 、In1-xGaxAs 等) 、四元化合物( 如AlInGaP、InAlGaAs、AlxGa1-xAsyP1-y 等)及GaN 系化合物四大类。除上述分类方法外，还有按芯片材料分类等按功能分类的。32重要照明术语如其它所有科技行业一样，照明行业也有其专业术语。这些特殊的用语和概念可以明确定义光源和灯具的特征，并使测量单位标准化，下面是对其中最重要的术语的说明。光线和辐射光是电磁波辐射到人的眼睛，经视觉神经转换为光线，即能被肉眼看见的那部份光谱。这类射线的波长范围在360到830nm之间，仅仅是电磁辐射光谱非常小的一部份。温度远远高于50Hz工作时的温度，从而产生更高色温的白色色表和更好的显色性。 光强一般来讲，光线都是向不同方向发射的，并且强度各异。光源在某一特定方向角内发射的光通量就叫做光强。单位：坎德拉（cd）。光强(l)是指在某一特定方向角（w）内所发射的光通量（）辉度L是表示眼睛从某一方向所看到物体反射光的强度。单位：坎德拉/平方米cd/m2。显色性原则上，人造光线应与自然光线相同，使人的肉眼能正确辨别事物的颜色，当然，这要根据照明的位置和目的而定。光源对于物体颜色呈现的程度称为显色性。通常叫做“显色指数”（Ra）。显色性是指事物的真实颜色（其自身的色泽）与某一标准光源下所显示的颜色关系。Ra值的确定，是将DIN6169标准中定义的8种测试颜色在标准光源和被测试光源下做比较，色差越小则表明被测光源颜色的显色性越好。Ra值为100的光源表示，事物在其灯光下显示出来的颜色与在标准光源下一致。灯具效率灯具效率(也叫光输出系数)是衡量灯具利用能量效率的重要标准，它是灯具输出的光能量与灯具内光源输出的光能量之间的比例。关于室内人造光线照明的详细资料，请查阅DIN5035标准。标准色度分布图 从色度图中精选部分所显示的普朗刻曲线 LUMILUX三基色荧光灯日光色光谱分面图l绿色照明通过科学的照明设计，采用效率高、寿命长、安全和性能稳定的照明器产品，最终达到高效、舒适、安全、经济、有益于环境和改善人们身心健康并体现现代化文明的照明系统。 节能灯指消耗较少的电能而达到较高的光照效果的照明产品，如荧光灯、环型灯、直管型荧光灯、紧凑型荧光灯等。光通维特率灯在规定的条件下燃点，灯在寿命期间内一特定时间的光通量与该灯的初始光通量之比，以百分数来表示。国标要求：2000h不小于78%。国外先进水平：2000h不小于90%。美国能源之星：40%额定寿命时不小于80%。国内水平：注重质量的企业，并采用保护膜工艺，基本都能达到国标。功率因数交流电路中电压有效值与电流有效值的乘积为视在功率，而有功功率只是其中的一部分。功率因数是灯管的有功功率与视在功率之比。功率因数低，则电流中的谐波含量越高，对电网产生污染，破坏电网的平衡度，无功损耗增加。显色指数衡量光源显现实照物体真实颜色能力的参数。显色指数（0-100）高的光源对颜色的再现越接近自然原色。 显色指数低导致颜色失真。以下是常用灯种的显色指数：白炽灯： 95 管型荧光灯：65-80三基色稀土荧光灯：80左右 高压钠灯： 25-60金卤灯：70-90 LED：80-90色温当光源所发出的光的颜色与“黑体”在某一温度下辐射的颜色相同时，“黑体的温度就称为该光源的色温。“黑体”的温度越高，光谱中蓝色的成分则越多，而红色的成分则越少。例如：白炽灯的光色是暖白色，其色温为2700K左右，而日光色荧光灯的色温则是6400K左右。单位：开尔文（K）。白炽灯的色温一般在2700K左右、日光灯的色温在2700-6400K左右、钠灯的色温在2000K左右。光效光源将电能转化为可见光的效率，即光源消耗每一瓦电能所发出的光，数值越高表示光源的效率越高。从经济（能效）方面考虑，光效是一个重要的参数。单位：流明/瓦（lm/w）。白炽灯：8-14lm/W 单端荧光灯：55-80 lm/W高压钠灯：80-140 lm/W自镇流荧光灯：50-70 lm/W金卤灯：60-90 lm/W 卤钨灯： 15-20 lm/WLED：60-120lm/W照度单位被照面上接收到的光通量称为照度。如果每平方米被照面上接收到的光通量为1（lm），则照度为1(lx)。单位：勒克斯（lx）。1勒克斯（lx）相当于每平方米被照面上光通量为1流明（lm）时的照度。夏季阳光强烈的中午地面照度约5000 lx，冬天晴天时地面照度约2000 lx，晴朗的月夜地面照度约0.2 lx。光通量光源发射并被人的眼睛接收的能量之和即为光通量。单位：流明（lm），符号 。一般情况下，同类型的灯的功率越高，光通量也越大。平均寿命是指灯的光通维持率达到国家标准规定的要求并能继续燃点至50%的灯达到单只灯寿命时的累计时间（即50%的灯失效时的寿命）。亮度亮度是表示眼睛从某一方向所看到物体反射光的强度。单位：坎德拉/平方米（cd/m2）。光色光色实际上就是色温。大致分为三类 ：暖色5000K。由于光中光谱的组成有差别，因此即使光色相同，灯的显色性也有可能不同。4 LED驱动电源应用介绍LED由于环保、寿命长、光电效率高等众多优点，近年来在各行业应用得以快速发展，LED的驱动电源成了关注热点，理论上，LED的使用寿命在10万小时以上，但在实际应用过程中，由于驱动电源的设计及驱动方式选择不当，使LED极易损坏。LED驱动电源时，有必要知道LED电流、电压特性，由于LED的生产厂家及LED规格不同，电流、电压特性均有差异。现以白光LED典型规格为例，按照LED的电流、电压变化规律，一般应用正向电压为3.0-3.6V左右，典型值电压为3.3V，电流为20mA，当加于LED两端的正向电压超过3.6V后，正向电压很小的增加，LED的正向电流都有可能会成倍增涨，使LED发光体温升过快，从而加速LED光衰减，使LED的寿命缩短，严重时甚至烧坏LED。根据LED的电压、电流变化特性，对驱动电源的设计提出严格要求。当前很多厂家生产的LED灯类产品（比如护栏、灯杯、投射灯），采用阻、容降压，然后加上一个稳压二极管稳压，向LED供电，这样驱动LED的方式存在极大缺陷，首先是效率低，在降压电阻上消耗大量电能，甚至有可能超过LED所消耗的电能，且无法提供大电流驱动，因为电流越大，消耗在降压电阻上的电能就越大，所以很多产品的LED不敢采用并联方式，均采用串联方式降低电流。其次是稳定电压的能力极差，无法保证通过LED电流不超过其正常工作要求，设计产品时都会采用降低LED两端电压来供电驱动，这样是以降低LED亮度为代价的。采用阻、容降压方式驱动LED，LED的亮度不能稳定，当供电电源电压低时，LED的亮度变暗，供电电源电压高时，LED的亮度变亮些。阻、容降压方式驱动LED的最大优势是成本低。根据LED电流、电压变化特点，采用恒压驱动LED是可行的，虽然常用的稳压电路，存在稳压精度不够和稳流能力较差的缺点，但在某些产品的应用上可能过精确设计，其优势仍然是其它驱动方式无法取代的。采用恒流驱动方式，是比较理想的LED驱动方式，它能避免LED正向电压的改变而引起电流变动，同时恒定的电流使LED的亮度稳定。因此众多厂家选用恒流方式驱动LED。还有一种LED驱动方式是可行的，它即不恒压，也不恒流，但通过电路的设计，当LED正向电压升高时，使驱动电流减小，保证了LED产品的安全。当然正向电压的升高只能在LED承受范围，过高也会损坏LED。理想的LED驱动方式是采用恒压、恒流。但驱动器的成本增加。其实每种驱动方式均有优、缺点，根据LED产品的要求、应用场合，合理选用LED驱动方式，精确设计驱动电源成为关键。技术指标交流输入电压 AC 100-240V（100-240V）输出电压 DC ：50V5%；（或其它输出电压）输出功率 240W（或其它输出功率）短路保护 间隔式电源效率 95%；（或更高）功率因数 93%（或更高）使用环境温度 30-+55使用环境湿度 10-95%RH外形尺寸 244x68x38.8mm我们公司路灯所用,是先恒压,再恒流的方式,恒流IC 采用美国半的IC ,LM3402HV,有效,可靠地保护LED.5XY-L42W1ZB,XY-L56W1ZB,XY-L70W1ZB介绍1：高效的照明光源；采用科税晶片,汉半封装。2：采用铝合金外壳,表面氧化处理。3：自主研发的反光杯，光效高，光斑为矩形光斑。4：自主研发的呼吸器，防水且有效的排出灯体中的雾气，6 大功率LED太阳能路灯市场分析前言：随着世界能源危机的加剧，各国都在寻求解决能源危机的办法，一条道路是寻求新能源和可再生能源的利用；另一条是寻求新的节能技术，降低能源的消耗，提高能源的利用效率。 太阳能是地球上最直接最普遍也是最清洁的能源，太阳能作为一种巨量可再生能源，每天达到地球表面的辐射能大约等于2.5亿万桶石油，可以说是取之不尽、用之不竭。LED的光谱几乎全部集中于可见光频段，所以发光效率高，一般人都认为，节能灯可节能4/5是伟大的创举，但LED比节能灯还要节能1/4，这是固体光源更伟大的改革。 太阳能LED照明集成了太阳能与LED的优点。1 太阳能路灯由以下几部分组成：太阳电池、蓄电池、太阳能路灯专用控制器、发光体及灯杆。工作原理简单：利用光生伏特效应原理制成的太阳能电池白天太阳能电池板接收太阳辐射能并转化为电能输出，经过充放电控制器储存在蓄电池中，夜晚当照度逐渐降低至10lux左右、太阳能电池板开路电压4.5V左右，充放电控制器侦测到这一电压值后动作，蓄电池对灯头放电。蓄电池放电8.5小时后，充放电控制器动作，蓄电池放电结束。充放电控制器的主要作用是保护蓄电池。62计算公式省（市）地 点北纬东经平面最低月平均日照时数 H倾角倾角最低月平均日照时数 H全年平均风速 M/S最低月平均风速 M/S北 京市 区顺 义39.940.1116.3116.61.81（12月）2.21（12月）52453.45（12月）4.60（7、12月）2.53.62.7（8月）能量计算公式;太阳能电池组件功率=用电器功率X用电时间X损耗系数(1.6-2.0)/当地峰值日照时间数.蓄电池容量=用电器功率X用电时间X阴雨天数X系统安全系数(1.41.8)/系统电压.城市北京杭州天津南昌哈尔滨福州沈阳济南长春郑州呼和浩特武汉太原广州乌乌鲁木齐纬度39.830.2339.1028.6745.6826.0841.7736.6843.9034.7240.7830.6337.7823.1643.78倾角纬度+4+3+5+2+3+4+1+6+1+7+3+7+5_7+12平均日照时间5.03.434.653.804.393.454.604.444.754.045.573.804.833.524.60城市长沙西宁香港兰州海口西安南宁上海成都南京贵阳合肥昆明拉萨银川市纬度28.236.752236.0520.0334.3022.8231.1730.673226.5831.8525.0229.738.48倾角纬度+6+1_7+8+12+14+5+3+2+5+8+9_8_8+2平均日照时间3.215.455.324.403.843.593.533.802.883.942.863.694.256.3705.4563 例如XY-L56W路灯 太阳能电池组件功率=56用电器功率X6用电时间X1。8损耗系数(1.6-2.0)/长沙（3.2）当地峰值日照时间数.=56*6*1.8/3.2=190W 190*14元/1W=2660元蓄电池容量=56用电器功率X6用电时间X5阴雨天数X1。4系统安全系数(1.41.8)/12V系统电压.=56*6*5*1。4/12=200W200*8元/W=1600元。 7LED用铝基板介绍铝基板是一种独特的金属基覆铜板，它具有良好的导热性、电气绝缘性和机械加工性。它能够采用表面贴装技术（SMT），在电路设计中对热扩散进行极为有效的处理，降低产品运行温度，提高产品功率密度和可靠性，延长产品使用