led照明电路设计本科学位论文

LED照明电路设计PAGEPAGE7XXXXXXX学院毕业设计题目姓名学号专业班级分院指导教师20XX年XX月XX日LED照明电路设计摘要发光二极管（LightEmittingDiode,LED）是21世纪最具发展前景的一种新型固态光源。LED的迅速发展及广泛应用，将引发照明领域的一场革命。LED具有环保性好，使用寿命长，单色性好，色彩鲜艳丰富，体积小，重量轻，响应速度快，发光效率高，能量消耗低等优点。目前，LED在景观照明等一些应用中大多利用交流市电电源供电。LED的发展和应用的目标是取代白炽灯等传统光源，LED应用照明领域的能源仍然主要来自于电网。我国的市电电源是220V/50HZ,国际通用交流线路为85~265V,50/60HZ。由于LED要求在直流低电压下工作，采用市电电源供电，则需要通过适当的电路拓扑，也就是LED驱动电路将其转换为符合LED工作要求的直流电源。现在设计驱动电路的一般思路是先将220V的高压电通过一个变压器，使其变成低电压的交流电。在通过一个桥式整流电路，把交流电转换成直流电。在整流桥后并上两电容，一个是平滑电容，滤除剩余的交流电，一个是高频旁路电容，滤除高频分量。这样就留下所需的低压直流电。后面可根据设计的需要，连上不同的芯片，实现所需要的功能。如恒压，恒流，反馈，温度补偿等。关键词：发光二级管，照明，直流电，低电压，驱动电路AbstractSummaryled(LightEmittingDiode,LED)isthe21stcenturywiththemostdevelopmentprospectsofanewtypeofsolidstatelightsource.RapiddevelopmentandwideapplicationofLED,lightingarevolutioninthefieldwillbethrown.LEDhasagoodenvironmentalprotection,longservicelife,wellmonochrome,colorrich,smallvolume,lightweight,fastresponse,highluminousefficiency,lowenergyconsumption.Atpresent,mostLEDlandscapelightinginsomeapplications,suchasusingACmainspowersupply.DevelopmentandapplicationofLED'sgoalistoreplacetraditionallightsourcessuchasincandescentlamps,LEDlightingenergyisstillmainlycomefromthepowergridinthefieldoftheapplication.Mainspowersupplyis220V/50HZinChina,internationalAClineto85~265V,50/60HZ.BecauseLEDrequiresworkinginDClow-voltage,powersupply,youneedtogothroughtheappropriatecircuittopology,whichLEDdrivecircuitconvertswiththeLEDworkrequirementsofDCpowersupply.Nowdrivecircuitdesignofthegeneralideaisthefirsthighvoltageof220Vthroughatransformer,makingitintoalow-voltageAC.Inabridgerectifiercircuits,toconvertACtoDC.Afterthebridgerectifierandtwocapacitors,asmoothingcapacitor,filterouttherestoftheAC,isahigh-frequencybypasscapacitor,filterouthighfrequencycomponents.Thisleftthelow-voltageDCyouwant.Behindaccordingtotheneedsofdesign,evenondifferentchips,implementthefeaturesyouneed.Constantvoltage,constantcurrent,feedback,suchastemperaturecompensation.Keywords:lightemittingdiodelighting,directcurrent,low-voltagedrivingcircuit引言LED庞大的市场注定其将发会展成一个具大的产业。总的来看，国内的发展一直不尽人意，典型的方面就是集成电路产业与液晶面板产业，国内到现在集成电路产业和液晶面板产业的发展远远不如国外的发展，技术复杂、投资大、基础薄弱等是主要原因，而LED产业将打破这个魔咒，并且可以带动相关产业的提升，如国内驱动芯片产业在液晶驱动上根本做不起来，因为液晶面板产业不在国内，由于有巨大市场支撑，LED驱动芯片可能在国内得到一定的发展，促进国内相关企业做大做强，这反过来又会促进国内LCD驱动芯片或其它驱动芯片的发展。中国大陆目前LED产业发展的劣势在于：1，国内企业LED产品技术水平与国外还是有一定差距，在争取高端客户方面处于劣势。2，国内集成电路制造基础相较日本、韩国及台湾地区这些LED强势地区而言薄弱，LED外延、芯片制造能力、工艺水平及外围材料配套能力差一些，学习曲线长一些，需要一段时间培养。3，国内LED企业的规模还比较小，大多没有超过100kk/月产能(蓝绿光)，这种状况在未来两年将有改善。4，国内研发多集中在大学和科研院所，生产在各企业，缺乏研发成果产业化的快速转换机制，这方面应借鉴台湾工业研究院的技术成果授权机制，加快技术成果转换速度，科研院所不能为自己产业化而不将最新的技术成果及时转移到产业界，政府应制定相关政策规范相关行为。5，国内核心专利缺乏，特别在关系到产业长远发展的蓝光核心专利及白光专利缺乏，这将使国内产业的长期发展受制。中国本土企业现阶段主要还是处于起步阶段，企业规模较小，对掌握专利的大厂构不成威胁，专利问题还不是很突出。但是随着国内企业的发展壮大，一旦规模扩大到一定程度，实施“走出去”发展战略，专利问题将成为隐患。目前对国内企业而言，壮大规模、提高产品质量与技术水平是首要任务，提高未来取得大厂专利授权时的要价能力，或逐步通过研发突破核心专利。LED产业在国内有良好的发展前景，基于以下几点：1，就技术而言，LED具有技术成长瓶颈高，学习门坎低特性，国内在半导体领域长期积累的研究资源都可以用得上，具备较好的研究基础。尽管国内集成电路制造基础比较薄弱，工艺水平比较低，但国内一些企业通过聘请海外技术人员加盟，在技术上不断取得突破，国内好的企业技术水平已经与台湾大厂的技术水平相差不大，与国际大厂的整体差距也在不断拉近。2，LED的投资额比较小，初始投资1亿就可建厂，国内企业进入门槛低，容易实现滚动发展，这与集成电路制造及液晶面板制造动辄几十亿到上百亿人民币的投资而言显得“微不足道”，国内企业容易进入形成产业集群。3，国内市场巨大，LED未来主要市场是通用照明市场，市场容量大，终端消费市场比较分散，不易形成垄断，国内企业生存空间广阔。4，国内一些企业拥有核心知识产权，如晶能光电的硅衬底氮化镓蓝光项目，大连路美的芯片领域核心技术，都具有全球竞争力，这些企业在技术发展上容易形成示范效应，促进国内企业市场健康成长。5，技术成熟后，LED封装和器件生产属于劳动密集型，大陆具备发展的劳动力成本优势。发展半导体照明产业具有重大的战略意义，其具体如下：1，节约能源，推动环保。本亚泰中研信息咨询有限公司的报告针对世界能源危机，照明节能是实现国家节能的有效途径。我国是仅次于美国的第二发电大国，在我国2004年发电量2.19万亿度中约有12%用于照明，到2010年照明用电将达到3500亿度。专家预测，2015年后，我国半导体照明年节电将超过三峡电站全年的发电量。我国的电力生产80%为火力发电，燃烧大量的原煤和石油，产生大量的粉尘和二氧化碳、二氧化硫等气体，环境污染严重，通过半导体照明的应用可以减少电力使用及少污染物的排放;同时，半导体照明本身易于回收，没有汞等有害污染问题。2，提升传统照明产业，带动相关产业转型。中国是世界照明电器生产和出口大国，2003年产值超过1000亿元，出口创汇54亿美元。但我国照明工业大而不强，主要做低端产品，利润率低，缺乏国际市场竞争力。通过半导体照明产业的发展，可以提升我国照明产品的技术含量和附加值，提高国际市场竞争力。半导体照明已广泛应用于景观装饰照明、背光源、大屏幕显示、交通信号、汽车等各类运输工具照明、军用照明及旅游、轻工产品等特殊照明领域。将继续带动信息显示、汽车产业、家电产业、建筑行业、轻工行业的产品升级。专家预测，我国在2005至2015年间，半导体白光照明将累计创造1500亿元产值。3，增加就业机会，为国防现代化做贡献。半导体照明产业具有技术密集和劳动密集型双重特点，非常适合我国的国情，可以充分发挥我国劳动力资源优势。专家预测，我国在2005-2015年期间，半导体照明将解决100万人口就业。半导体照明由于具有体积小、寿命长、效率高、低电压、使用安全、节能等优点，已被各国首先用于国防、军事用途。在我国，利用固态照明灯具优势的潜力很大，可使国防的所有装备长备不懈，所有的指挥所彻夜长明，保证我国强大的国防力量。目录摘要 2Abstract 3引言 4第一章LED发展历史介绍 81.1彩色LED的发展 81.2白光LED原理介绍 9第二章LED的各种重要参数介绍 102.1光通量 102.2光效 102.3色温 112.4色坐标 112.5显色指数 12第三章LED的发光原理，基本结构及特性 123.1LED的发光原理及基本结构 123.2LED的伏安特性 133.3白光LED的光学特性 153.4LED的热学特性 17第四章常用的LED驱动电路 174.1传统LED驱动电路介绍 174.2电容降压LED驱动电路介绍 204.3我的LED驱动电路 234.4我的LED灯泡 264.5LED的性能分析 26第五章总结 27致谢词 29参考文献 30附录 31外文原文 31外文翻译 35第一章LED发展历史介绍1.1彩色LED的发展1907年HenryJosephRound第一次在一块碳化硅里观察到电致发光现象。由于其发出的黄光太暗，不适合实际应用；更难处在于碳化硅与电致发光不能很好的适应，研究被摒弃了.二十年代晚期BernhardGudden和RobertWichard在德国使用从锌硫化物与铜中提炼的的黄磷发光。再一次因发光暗淡而停止。1936年,GeorgeDestiau出版了一个关于硫化锌粉末发射光的报告。随着电流的应用和广泛的认识，最终出现了“电致发光”这个术语。二十世纪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,并于60年代面世。据说在早期的试验中，LED需要放置在液化氮里，更需要进一步的操作与突破以便能高效率的在室温下工作。第一个商用LED仅仅只能发出不可视的红外光，但迅速应用于感应与光电领域。60年代末，在砷化镓基体上使用磷化物发明了第一个可见的红光LED。磷化镓的改变使得LED更高效、发出的红光更亮，甚至产生出橙色的光。到70年代中期，磷化镓被使用作为发光光源，随后就发出灰白绿光。LED采用双层磷化镓蕊片（一个红色另一个是绿色）能够发出黄色光。就在此时，俄国科学家利用金刚砂制造出发出黄光的LED。尽管它不如欧洲的LED高效。但在70年代末，它能发出纯绿色的光。80年代早期到中期对砷化镓磷化铝的使用使得第一代高亮度的LED的诞生，先是红色，接着就是黄色，最后为绿色。到20世纪90年代早期，采用铟铝磷化镓生产出了桔红、橙、黄和绿光的LED。第一个有历史意义的蓝光LED也出现在90年代早期，再一次利用金钢砂—早期的半导体光源的障碍物。依当今的技术标准去衡量，它与俄国以前的黄光LED一样光源暗淡。90年代中期，出现了超亮度的氮化镓LED，随即又制造出能产生高强度的绿光和蓝光铟氮镓Led。超亮度蓝光蕊片是白光LED的核心，在这个发光蕊片上抹上荧光磷，然后荧光磷通过吸收来自蕊片上的蓝色光源再转化为白光。就是利用这种技术制造出任何可见颜色的光。今天在LED市场上就能看到生产出来的新奇颜色，如浅绿色和粉红色。随着人类在LED超亮度的领域的技术进步，LED在消费电子的运用也越来越广泛。1.2白光LED原理介绍目前市场上白光LED生产技术主要分为两大主流：第一为利用荧光粉将蓝光LED或紫外UV-LED所产生的蓝光或紫外光分别转换为双波长(Dichromatic)或三波长(Trichromatic)白光，此项元件技术称之为荧光粉转换白光LED(PhosphorConverted-LED)；第二类则为多芯片型白光LED，经由组合两种(或以上)不同色光的LED组合以形成白光，目前市场上白光LED商品以蓝光LED芯片搭配黄光荧光粉最为普遍，主要应用于汽车照明与手机面板等领域，以目前白光LED产品市场分析，荧光粉转换白光LED可谓主流。（红色和绿色荧光粉多为硫化物体系，这类荧光粉发光稳定性差、光衰较大。）

下图简要归纳并比较多种白光LED构装原理和优劣点，其中(a)型构装方式、演色性最佳，但成本最高，尚未能普及；构装方式(b)则具有技术最成熟且成本低廉之优势，但色偏、演色性不佳，须以适当红、黄光荧光粉加以改善，此外，最严重者为日亚化学专利限制难以规避；而构装方式(c)与(d)两者所制作的白光LED演色性俱佳、色偏小、成本低且专利局限较不严重，因此未来深具发展潜力。

图1.2.1白光LED的发光原理第二章LED的各种重要参数介绍2.1光通量光通量的单位为“流明”。光通量通常用Φ来表示，在理论上其功率可用瓦特来度量，但因视觉对此尚与光色有关。所以度量单位采用，依标准光源及正常视力另定之“流明”来度量光通量。符号：lm光通量是每单位时间到达、离开或通过曲面的光能数量。流明(lm)是国际单位体系(SI)和美国单位体系(AS)的光通量单位。如果您想将光作为穿越空间的粒子（光子），那么到达曲面的光束的光通量与1秒钟时间间隔内撞击曲面的粒子数成一定比例。2.2光效光源所发出的总光通量（流明、亮度）与该光源所消耗的电功率（瓦）的比值，称为该光源的光效。发光效率值越高，表明照明器材将电能转化为光能的能力越强，即在提供同等亮度的情况下，该照明器材的节能性越强；在同等功率下，该照明器材的照明性越强，即亮度越大。Luminous原意即为光亮，计量用luminance，意为亮度，缩写为lm。发光效率单位为亮度/瓦，有时取Luminance的音译“流明”，做流明/瓦。光效也称为光源的发光效率或者光源的功率因素，表征从光源中射出的光通量与光源所消耗的电功率之比。即η=φ/E=φ/(φ+P)（1）其中η为光效，φ为光源辐射的光能量，E为光源的功率，P为光源损耗的能量，主要是发热量。同时发热量与电流的关系是：P＝IR。（2）显然，随着电流的增大，光通量增大。但是另一方面电流的增大会引起光源热损耗的增加，综合效果是光效降低。2.3色温当某一光源所发出的光的光谱分布与不反光、不透光完全吸收光的黑体在某一温度时辐射出的光谱分布相同时，我们就把绝对黑体的温度称之为这一光源的色温。色温是表示光源光谱质量最通用的指标。一般用Ra表示。色温是按绝对黑体来定义的，光源的辐射在可见区和绝对黑体的辐射完全相同时，此时黑体的温度就称此光源的色温。低色温光源的特征是能量分布中，红辐射相对说要多些，通常称为“暖光”；色温提高后，能量分布集中，蓝辐射的比例增加，通常称为“冷光”。一些常用光源的色温为：标准烛光为1930K（开尔文温度单位）；钨丝灯为2760-2900K；荧光灯为3000K；闪光灯为3800K；中午阳光为5400K；电子闪光灯为6000K；蓝天为12000-18000K.2.4色坐标色坐标(chromaticitycoordinate)，就是颜色的坐标。色坐标是色度学的重要内容之一，光源的色坐标测量是研究光源特性的重要方法之一，它具有广泛的使用意义。色坐标测量的基本原理是根据光源的光谱分布由色坐标的基本规定进行计算而得出的。现在常用的颜色坐标，横轴为x，纵轴为y。有了色坐标，可以在色度图上确定一个点。这个点精确表示了发光颜色。即：色坐标精确表示了颜色。2.5显色指数光源对物体的显色能力称为显色性，是通过与同色温的参考或基准光源（白炽灯或画光）下物体外观颜色的比较。光所发射的光谱内容决定光源的光色，但同样光色可由许多，少数甚至仅仅两个单色的光波纵使而成，对各个颜色的显色性亦大不相同。相同光色的光源会有相异的光谱组成，光谱组成较广的光源较有可能提供较佳的显色品质。当光源光谱中很少或缺乏物体在基准光源下所反射的主波时，会使颜色产生明显的色差(colorshift)。色差程度愈大，光源对该色的显色性愈差。演色指数系数(Kaufman)仍为目前定义光源显色性评价的普遍方法。第三章LED的发光原理，基本结构及特性3.1LED的发光原理及基本结构50年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识，第一个商用二极管产生于1960年。LED是英文lightemittingdiode（发光二极管）的缩写，它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。LED结构图如下图所示

图3.1.1发光二极管的构造图发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片，在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层，称为p-n结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。

当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。3.2LED的伏安特性LED的伏安特性是流过PN结的电流随施加到PN结两端上的电压变化的特性，它是衡量PN结性能的主要参数，是PN结制作得优劣的重要标志。完整的LED伏安特性包含正向和反向特性两个方面。与普通整流二极管一样，LED同样具有单向导电性和非线性特性。LED的伏安特性曲线可以划分为正向特性，反向特性和反向击穿区三个区。1.正向特性区，在LED两端加以正向电压，就产生正向电流。但是，当这个电压比较小的时候，由于外部电场还不足以克服内部电场对载流子扩散运动所造成的阻力，因此，当LED的电流很小，LED呈现的电阻较大。当LED两端的电压超过一定数值（这个数值通常称为死区电压）以后，内部电场被大大削弱，LED的电阻变得很小，电流于是增长得很快。2．反向特性区，当LED外加反向电压时，由于P型半导体中还存在着少数自由电子，在N型半导体中也还存在着少数空穴，这些少数载流子在反向电压作用下很容易通过PN结，因此形成反向电流。反向电流有两个特点。第一个特点是它随温度升高增长得很快，第二是只要外加的反向电压在一定范围内，反向电流不随反向电压变化，在这种情况下的反向电流被称为反向饱和电流。反向电流是LED的一个重要参数。反向电流越小，说明LED单向导电性能越好。3.反向击穿区，当LED的反向电压增加到一定数值后，反向电流急剧增大，出现反向击穿现象，这个电压叫做反向击穿电压。由于LED所用的材料种类不同，反向击穿电压也不一样。3.2.1LED的伏安特性曲线3.3白光LED的光学特性作为照明用的电光源的光谱引进应尽可能的与太阳光的光谱相接近。一般的评判方法是评判光源与白光的接近程度，即显色性。图3.3.1在海平面上的太阳的可见光光谱

可以看到这个光谱与6500K的黑体辐射的光谱基本相同，其差异部分是太阳光给太阳上的化学元素吸收以及经过大气层时被吸收掉的部分。

要想让LED发出的光谱能够与太阳光相近，需要利用三基色原理将红、绿、蓝三种光通过合适的比例混合成“白光”。一般的白光LED的实现方法是在蓝色LED表面涂黄色荧光粉来获得所谓的白光，这种白光LED的光谱特性如图3.3.2.图3.3.2白光LED光谱

很明显，这种“白光”LED带有强烈的令人讨厌的蓝光，因此在实际应用时可能会感到不适。因此也可以利用红、绿、蓝三种颜色的LED组和获得白光LED.图3.3.3利用红、绿、蓝三种颜色的LED组和获得白光LED

很显然，如图3.3.3的显色性优于图3.3.2的显色性，但使用三种单色LED组合成图3.3.1的光谱特性相对利用蓝光LED附加荧光粉的方法要复杂的多，而且一旦工作条件稍有改变，其光谱特性就会随之改变。

不同色温的LED的光谱特性也不相同，图3.3.4为CREE公司的不同色温白光LED的光谱特性。

图3.3.4CREE公司的不同色温白光LED的光谱特性3.4LED的热学特性LED的光学参数与PN结结温有很大的关系。一般工作在小电流IfLED的主波长随温度关系可表示为：λp=λ0+△Tg×0.1nm/℃（3）由式可知，每当结温升高10℃，则波长向长波漂移1nm，且发光的均匀性、一致性变差。这对于作为照明用的灯具光源要求小型化、密集排列以提高单位面积上的光强、光亮度的设计尤其应注意用散热好的灯具外壳或专门通用设备、确保LED长期工作。第四章常用的LED驱动电路4.1传统LED驱动电路介绍LED驱动电路除了要满足安全要求外，另外的基本功能应有两个方面，一是尽可能保持恒流特性，尤其在电源电压发生±15％的变动时，仍应能保持输出电流在±10％的范围内变动。二是驱动电路应保持较低的自身功耗，这样才能使LED的系统效率保持在较高水平。传统的低效率电路：图4.1.1是传统的低效率电路，电源通过降压变压器降压；桥式整流滤波后，通过电阻限流来使3个LED稳定工作，这种电路的致命缺点是：图4.1.1传统的低效率电路电阻R的存在是必须的，R上的有功损耗直接影响了系统的效率，当R分压较小时，R的压降占总输出电压的40％，输出电路在R上的有功损耗已经占40％，再加上变压器损耗，系统效率小于50％。当电源电压在±10％的范围内变动时，流过LED的电流变化将≥25％，LED上的功率变化将达到30％。当R分压较大时，在电源电压在±10％的范围内变动时，虽说能使输出到LED的功率变化减少，但系统效率将更低。图4.1.2是在图4.1.1的基础上加了一个集成稳压元件MC7809，使输出端的电压基本稳定在9V，限流电阻R可用得很小也不会因为电源电压的不稳定造成LED的超载。图4.1.2改进后的传统电路但是此电路除了保证LED的基本恒定输出外，效率还是很低的。因为MC7809和R1上的压降仍占很大比例，其效率仅为40％左右。上述这类电路的应用，系统总的每瓦输出流明仅为20lm/W～25lm/W，是根本不能称为节能的照明产品的。为了达到既能使LED稳定工作，又能保持高的效率，应采用低功耗的限流元件和电路来使系统效率提高。图4.4.3是采用集成恒流源NUD4001的LED驱动电路，这一电路的显著特点是当电源电压在±15％的范围内变动时，输出波动≤1％，可称为恒功率驱动电路，另外这一IC电路可在很低的串联分压下工作（即1脚与输出的各引脚之间的电压在≥2.8V时尚能工作），所以可保证在几乎恒功率输出的情况下，保持1脚与输出引脚之间的电压在2.8V左右就能使系统效率达70％左右。这一IC电路的输入电源可采用工频交流，但最好采用卤钨灯电子变压器作为前级，这样能保证谐波和电源端子干扰都符合标准的要求。当电子变压器内部实现Ⅱ类电器的隔离，绝缘输出时，图4.1.3电路可用于Ⅱ类灯具中，并且输出端可以做成可触及式。图4.4.3进一步改进的电路4.2电容降压LED驱动电路介绍电容降压的工作原理并不复杂。他的工作原理是利用电容在一定的交流信号频率下产生的容抗来限制最大工作电流。例如，在50Hz的工频条件下，一个1uF的电容所产生的容抗约为3180欧姆。当220V的交流电压加在电容器的两端，则流过电容的最大电流约为70mA。虽然流过电容的电流有70mA，但在电容器上并不产生功耗，应为如果电容是一个理想电容，则流过电容的电流为虚部电流，它所作的功为无功功率。根据这个特点，我们如果在一个1uF的电容器上再串联一个阻性元件，则阻性元件两端所得到的电压和它所产生的功耗完全取决于这个阻性元件的特性。例如，我们将一个110V/8W的灯泡与一个1uF的电容串联，在接到220V/50Hz的交流电压上，灯泡被点亮，发出正常的亮度而不会被烧毁。因为110V/8W的灯泡所需的电流为8W/110V=72mA，它与1uF电容所产生的限流特性相吻合。同理，我们也可以将5W/65V的灯泡与1uF电容串联接到220V/50Hz的交流电上，灯泡同样会被点亮，而不会被烧毁。因为5W/65V的灯泡的工作电流也约为70mA。因此，电容降压实际上是利用容抗限流。而电容器实际上起到一个限制电流和动态分配电容器和负载两端电压的角色。采用电容降压电路是一种常见的小电流电源电路，由于其具有体积小﹑成本低﹑电流相对恒定等优点，也常应用于LED的驱动电路中。图4.2.1为一个实际的采用电容降压的LED驱动电路：请注意，大部分应用电路中没有连接压敏电阻或瞬变电压抑制晶体管，建议连接上，因压敏电阻或瞬变电压抑制晶体管能在电压突变瞬间(如雷电﹑大用电设备起动等)有效地将突变电流泄放，从而保护二级关和其它晶体管，它们的响应时间一般在微毫秒级。图4.2.1电容压降电路电路工作原理：电容C1的作用为降压和限流：大家都知道，电容的特性是通交流﹑隔直流，当电容连接于交流电路中时，其容抗计算公式为：XC=1/2πfC（4）式中，XC表示电容的容抗﹑f表示输入交流电源的频率﹑C表示降压电容的容量。流过电容降压电路的电流计算公式为：I=U/XC（5）式中I表示流过电容的电流﹑U表示电源电压﹑XC表示电容的容抗在220V﹑50Hz的交流电路中，当负载电压远远小于220V时，电流与电容的关系式为：I=69C（6）其中电容的单位为uF，电流的单位为mA下表为在220V﹑50Hz的交流电路中﹐理论电流与实际测量电流的比较表4.2.1理论电流与实际电流的比较电阻R1为泄放电阻，其作用为：当正弦波在最大峰值时刻被切断时，电容C1上的残存电荷无法释放，会长久存在，在维修时如果人体接触到C1的金属部分，有强烈的触电可能，而电阻R1的存在，能将残存的电荷泄放掉，从而保证人﹑机安全。泄放电阻的阻值与电容的大小有关，一般电容的容量越大，残存的电荷就越多，泄放电阻就阻值就要选小些。经验数据如下表：表4.2.2C1与R1的取值选择D1~D4的作用是整流，其作用是将交流电整流为脉动直流电压。C2﹑C3的作用为滤波，其作用是将整流后的脉动直流电压滤波成平稳直流电压压敏电阻(或瞬变电压抑制晶体管)的作用是将输入电源中瞬间的脉冲高压电压对地泄放掉，从而保护LED不被瞬间高压击穿。LED串联的数量视其正向导通电压(Vf)而定，在220VAC电路中，最多可以达到80个左右。组件选择：电容的耐压一般要求大于输入电源电压的峰值，在220V,50Hz的交流电路中时，可以选择耐压为400伏以上的涤纶电容或纸介质电容。D1~D4可以选择IN4007。滤波电容C2﹑C3的耐压根据负载电压而定，一般为负载电压的1.2倍。其电容容量视负载电流的大小而定。4.3我的LED驱动电路我设计的是一个输出恒定电压10.5V（3个LED串联），恒定电流350mA的驱动电路，电路原理图如图4.3.1所示。图4.3.1我的电路原理图表4.3.1电路的材料清单序号编号名称规格数量备注1F1保险丝电阻10欧2W1保险作用2RV压敏电阻470千欧13整流桥1把交流电转换成直流电4C1电容1nF630V15L1电感2.53uH16C2铝电解电容4.7uF400V1与C1，L1一起，起滤波作用7R1,R2电阻470千欧28Y1Y电容2.2nF250VAC1安全规范作用9变压器1把高电压转换成低电压10C3电容1nF200V111D1二极管113芯片PRLNK605DG114C4电容1uF25v115R3电阻24.9千欧116R4电阻4.87千欧117D2稳压二级管118C5铝电解电容10uF16V119R5电阻4.7千欧1芯片LNK605DG引脚和功能描述，芯片的外形和引脚分布如图4.3.2图4.3.2芯片LNK605DG的外形和引脚分布引脚功能描述漏极(D)引脚：功率MOSFET的漏极连接点。在开启及稳态工作时提供内部操作电流。旁路/多功能可编程（BP/M）引脚：一个外部旁路电容连接到这个引脚，用于生成内部6V的供电电源。反馈(FB)引脚：在正常操作下，功率MOSFET的开关由此引脚控制。该引脚可以检测偏置绕阻上的AC电压。这个控制引脚可以根据偏置绕组的反激电压来调节恒压模式下的输出电压以及恒流模式下的输出电流。内部电感校正电路使用偏置绕组上的正向电压来检测大容量电容的电压。源极（S）引脚：该引脚内部连接到MOSFET的源极，用于高压功率的返回节点及控制电路的参考点。功能描述：该芯片在一个器件上集成了一个高压功率MOSFET开关及一个电源控制器。它使用开／关控制方式来调节输出电压。此外，还会对开关频率进行调制，以调节输出电流，从而实现恒流特性。该芯片控制器包括一个振荡器、反馈（检测及逻辑）电路、6V稳压器、过热保护、频率抖动、电流限流电路及前沿消隐功能、电感校正电路、用于恒流调节的频率控制以及用于恒压控制的开／关状态调节器。电感校正电路：在初级励磁电感过高或过低时，转换器将通过调节振荡器频率自动对此进行补偿。由于这个控制器用于在非连续导通模式下工作，因此输出功率与设定初级电感直接成正比，并可通过调节开关频率对其容差进行完全补偿。恒流(CC)工作方式：随着输出电压的升高以及由此引起的偏置绕组上反激电压的升高，反馈引脚电压也将升高。反馈引脚电压升高时，会对开关频率进行调节，以提供恒流输出调节。恒流电路与电感校正电路可以在恒流区域内同时工作。恒压(CV)工作方式：当反馈引脚在恒流调节模式下接近VFBth时，电源将切换到恒压工作模式。此时的开关频率达到其最大值，对应于CCCV特性曲线的峰值功率点。控制器使用开／关状态调节器调节反馈引脚电压，使其维持在VFBth的水平。在高压开关关断2.5μs后，对反馈引脚电压进行采样。轻载条件下，还会降低电流限流点，从而降低变压器磁通密度。过热保护：热关断电路检测结的温度。阈值设置在142°C并具备60°C的迟滞范围。当结温度超过这个阈值(142°C)，功率MOSFET开关被禁止，直到结温度下降60°C，MOSFET才会重新使能。6.0V稳压器：只要MOSFET处在关闭状态，6V稳压器就会从漏极的电压吸收电流，将连接到旁路引脚的旁路电容充电到6V。旁路引脚是内部供电电压节点。当MOSFET开启时，器件使用贮存在旁路电容内的能量。内部电路的极低功耗使该芯片可使用从漏极吸收的电流持续工作。一个1μF或的10μF旁路电容就足够实现高频率退耦及能量存储。电路原理描述输入滤波器：AC输入功率由整流桥进行整流。整流后的DC由大容量电容C1和C2进行滤波。电感L1、C1和C2组成一个π型滤波器，对差模传导EMI噪声进行衰减。保险电阻F1在发生严重故障时提供保护。应当选择合适的电阻（通常为绕线式电阻），这样才能在输入电容初次连接到AC线路充电时经受住瞬间耗散。工作过程：在从空载到满载的多个模式下，U1内的控制器首先在恒压阶段工作，此时它通过开／关控制来调节输出电压，并根据需要通过跳过开关周期来维持输出电压水平，通过调节使能周期与禁止周期的比例来维持稳压。这也可以使转换器的效率在整个负载范围内得到优化。在轻载条件下，还会降低电流限流点以减小变压器磁通密度，进而降低音频噪音和开关损耗。随着负载电流的增大，电流限流点也将升高，因而跳过的周期也越来越少。一旦U1检测到最大功率点（即控制器停止跳过周期），控制器将自动进入恒流模式。一旦需要进一步提高负载电流，输出电压便会随之下降。当检测到FB引脚上的输出电压下降时，开关频率将线性下降，从而确保恒流输出。输出整流：变压器的次级绕组由D2（可提高效率的1A、40V肖特基势垒二极管）进行整流，由C5进行滤波。如果可以接受较低效率，则可换用1APN结型二极管，以便降低成本。在本应用中，C5的大小能够满足要求的输出电压纹波规范，无需使用后级LC滤波器。输出调节：LNK605DG在输出特性的恒压(CV)调节区域使用开/关控制来调节输出，通过频率控制来实现恒流(CC)调节。反馈电阻（R3和R4）使用标准的1%电阻值选出，以确定额定输出电压及恒流调节阈值的中心。D1、R1、R2和C3组成RCD-R箝位电路，用于限制漏感引起的漏极电压尖峰4.4我的LED灯泡LED灯泡的制作相对比较简单，把LED灯珠焊到铝基板上，少量的（15颗以内）LED灯珠一般直接串联，大量的（15颗以上）采用混联。驱动电路的输入端与电源连接，驱动电路输出端与LED串连接。PCB板用耐高温，耐高压的灌胶A和灌胶B以1比1的比例混合来填充。它具有导热，绝缘，防火，防爆的功能，保证PCB板得正常工作。铝基板与灯座之间的以导热系数为1的导热硅脂填充，帮助LED灯珠进行散热，提高灯泡的寿命。4.5LED的性能分析将灯泡接入220V交流电路中，用万用表测得此灯泡两端的电压为9.86V,电流为0.33A,实际功率为3.25W.理论的电压为10.5V,电流为0.35A,功率为3.67W，引起这些误差的原因可能是：（1）焊接PCB板得时候存在虚焊。（2）电子元器件的精确度不高。（3）电路理论上存在缺陷，有些该考虑的没考虑到。用积分球测得该灯泡光通量为175lm,其光效约为50流明/瓦。.而一般的节能灯的光效约为35流明/瓦。功率因数为0.625.色温为6250K,色坐标为（0.31760.3275）。显色指数RA=72.6。其光谱图如下图所示。图4.5.1LED测试结果第五章总结本次课程设计历时三个月，主要对LED的发展历史，发展现状，主要特性，主要参数以及电路的分析进行了简单的描述。在这三个月里，指导老师和我都付出了很多，但收获也不少。毕业设计开始前，我电子领域的知识只是局限于课本模拟电子技术上简单介绍的一些理论知识。经过这三个月的努力，我初步认识了课本以外的电子元器件，初步了解了他们的外形以及性能。学习了软件Protel的一些基本知识，并能画出简单的电路原理图。了解了几个生产中常用的芯片的功能。练习焊接了一些PCB板，使自己的焊接技术有了一定的提高。学习了不少电路的运行原理，分析电路的能力也有了相应的提高。自己动手测试了产品的一些性能以及一些参数，并与理论的参数值进行比较，分析引起误差的原因。现在的努力为我以后的工作打下了一定的基础，是非常宝贵的经验。在本次毕业设计的最后，我结合自己的实际经历对LED灯泡做出客观的评价坚固耐用，抗震性好。本人也在样品制作间里制作样品，其中不缺乏一些重手脚的动作，在整个制作过程中并不忌讳这些。如果不小心把灯泡摔到地上，那一般先摔坏的是价格相对较便宜的PC料和灯罩。一般LED灯泡使用的交流电压范围在80~245V，适合绝大多数国家的使用。环保性比较好，它不含汞，铅等重金属材料，对环境无污染，这是荧光灯和白炽灯所不具备的，这是LED的一大优势。理论上LED灯泡无频闪，而荧光灯因使用交流电而产生频闪，但实际上现在一般办公室用的大多数都是荧光灯，人眼基本感觉不出频闪。理论上18W的LED灯泡的光通量相当于40W荧光灯的光通量，实际上18W的LED灯实际功率为21W左右，40W荧光灯的实际功率为46W左右，相差25W,点灯40小时相差一度电，0.55元。理论上LED的使用寿命在30000小时以上，实际谁也不会去测试它的实际寿命，个人认为这是LED的一个不确定性。理论上LED的响应速度快，在实际中，用于照明的LED对几十毫秒的差距影响并不是很大，在照明用的LED研究的意义也不是很大。理论上白光LED的显色指数在85以上，但本人动手测试的白光LED显色指数为75，而一般的荧光灯的显色指数在90以上，这是LED灯泡所不能比的。LED还具有它的致命弱点，与传统光源白炽灯比较，LED的视角较窄，视角度小于180度。LED属于多元化化合物半导体器件，其电学，光学，热学和机械等方面的参数指标离散性很大，这给器件的筛选和分档造成困难。像汽车等应用场合，对LED参数一致性的要求非常苛刻，例如同一批LED的门限电压不一致性应小于0.1V，色差小于5nm等。由于LED的许多参数都随温度变化而变化，而且当内部温度超过最高温度时，器件将会被烧毁，因此，LED的散热问题极为重要，是未来LED面临的一大难题和关键技术之一。综上所述，本人认为，LED由于其造价昂贵，使用寿命长，绿色节能，最适合用在长时间照明，照明质量要求较高，不经常更换的场所。比如说路灯，写字楼，学校，办公室等地方。而家庭照明，因为照明时间不长，而且更换难度不大，本人不太建议使用价格昂贵的LED灯。本章纯属个人看法。致谢词参考文献（1）毛兴武，张艳雯，周建军，祝大卫.新一代绿色光源LED及其应用技术.北京：人民邮电出版社2006（2）周志敏，周纪海，LED驱动电路设计与应用.北京：人民邮电出版社2010（3）陈大华，刘洋.绿色照明实用技术.北京：清华大学出版社2009（4）李大龙，张清.吕善军.LED制造技术与应用.北京：电子科技大学出版社2001（5）专业技术类电子书.北京：中国知识产权出版社1999（6）周涛.高频开关电源设计与应用技术.北京：人民邮电出版社2003(7)张占松，蔡宜三.开关电源的原理与设计.修订板.北京：电子工业出版社，1998（8）陈传虞.电子节能灯与电子整流器.北京.人民邮电出版社，2004（9）张肃文.高频电子线路：下策.2版.北京：高等教育出版社，1990（10）姚启均.光学教程.北京：高等教育出版社，2002（11）林荣国.电磁干扰及控制.北京：电子工业出版社，2003（12）刘恩科.朱秉升.半导体物理学.北京：国防工业出版社，2002（13）赵静波.王成业.Protel99se电路设计基础与工程范例.北京：清华大学出版社，2003附录外文原文LEDintroductionLEDapplicationInviewoftheLED'sownadvantage,whicharemainlyusedinthefollowingseveralaspects:(1)Applicationofdisplayscreen,trafficsignalsshowlightsources，LEDlightshaveaseismicimpactresistance,responsespeed,powerandlonglifeandothercharacteristics,widelyusedinvariousindoorandoutdoordisplay,dividedintofullcolor,tri-colorandmonochromedisplay,atotalofmorethan100moreunitsinthedevelopmentandproduction.Trafficlightsusedultra-highbrightnessLEDred,green,yellow,becausetheuseofenergy-savingLEDlights,reliabilityishigh,sointhecountry,trafficlightsaregraduallyupgradingandpromotionoffast,isingreatdemandinthemarket,isaverygoodmarketopportunities.(2)Applicationofautomobileindustry,Ofmotorvehicleswithlightscontaininternaldashboard,sound,switchthebacklight,ledreadinglightsandbrakelights,taillights,outsidethesidelightsandheadlights.Incandescentlampnotforautomobilevibrationimpactresistance,easilydamaged,shortlife,needtobereplacedoften.In1987,Chinabegantoinstallhighpositionbrakelightonthecar.BecausetheLEDfastresponse,youcanreminddriversofthebrakesassoonaspossible,reducingvehiclerearaccidentsindevelopedcountries,usingtheCentralrear-mountedhighstoplampofLEDmanufacturinghasbecomethestandardpartsofthecar,UnitedStatesHPcompanywaslaunchedin1996LEDcartaillightmodulescanbecombinedinavarietyofautomobiletaillight.Inaddition,incardashboardsandotherlightinglightsourcepart,ultrahighbrightnesslightemittinglightcanbeusedtoplay,soarethegradualintroductionofLEDdisplays.China'sautomobileindustryisinaperiodofgreatdevelopmentistopromoteanexcellentopportunityforultra-highbrightnessLED.Inrecentyearsanannualproductioncapacityof1billionyuanofoutputvalue,willforma$3billionayearwithin5yearsofproduction.(3)LEDbacklightsourcetoefficientsideglowofbacklightsourcemoststriking,LEDasLCDbacklightsourceapplication,haslifelong,andglowefficiencyhigh,andnointerferenceandprice/performancehighfeatures,haswidelyapplicationYuelectronicwatch,andphone,andBPmachine,andelectroniccalculatorandcardmachineShang,asportableelectronicproductsincreasinglyminiaturization,LEDbacklightsourcemorewithadvantage,thereforebacklightsourcemakingtechnologywilltomorethintype,andlowpoweranduniformconsistentaspectsdevelopment.LEDisthekeytomobiledevices,aregularphoneorPHSabout10LEDdevicesarerequired,andonecolorwithcameraphonesandyouneedtousesome20LEDdevices.Handsetbacklightusageatthisstageisverylarge,3.5billionayearLEDchip.AtpresentmobilephoneproductioninChinaislarge,andmostoftheLEDbacklightingisimported,forhome-madeLEDproducts,thisisagreatmarketingopportunity.(4)LEDlightingproductoftheearlylowluminousefficiency,lightintensityGeneralcanonlyreachseveraldozensofMCD,applicableforindooroccasions,homeappliance,instrumentation,communicationsequipment,computerandtoyapplications.CurrenttargetistheLEDlightsourcedirectlyreplaceincandescentandfluorescentlamps,thisalternativetrendsalreadystartingfromthelocalareaofapplicationdevelopment.,(5)OtherapplicationssuchasaFlashshoebychildren,built-inLEDwillflashwhenyouwalk,andonly500millionayearinWenzhouarealight-emittingdiode;usinglight-emittingdiodeasachargeindicatorforelectrictoothbrushes,introductionofitwasbeingputintoproductionbymanufacturerinChina,thecompanyhasasmallamountofhealthcaretoothbrushlisting,expectedmassproductionneeds300millionlight-emittinglightseachyear;LEDChristmaslightsarepopular,duetotheuniquedesign,color-rich,easytobreakandbreakingsecurityoflowvoltageuse,recentdevelopmentstronginHongKong,SoutheastAsia,hasbeenwidelywelcomed,isthreateningandreplacementfoamChristmasmarket.6)householdLEDindoorlightingproductsareincreasinglypopular,LEDdownlight,LEDceilinglamp,LEDlamp,LEDfiberlighthascreptintothefamily!LEDadvantagesLEDtheinherentcharacteristicsofdecidedthatithasmanyadvantages,suchas:One,smallvolumeLEDisbasicallyaverysmallpieceofwaferwasencapsulatedinepoxyresins,soitisverysmall,verylight.Second,lowpowerconsumptionLEDverylowpowerconsumption,DCdrive,ultralow-power(singletube0.03-0.06),electro-opticalpowerconversionofalmost100%.InGeneralLEDoperatingvoltageis2-3.6V,operatingcurrentis0.02-0.03A;thatis,itspowerconsumptionis0.1W,samelightingeffectsthanconventionallightsourcesthan80%.Three,longservicelifeThree,longlifeSomepeoplecallforlonglifelampLEDlightsource.Itisasolidcoldlightsource,epoxyresinpackage,insidethelampnolooseparts,thereisnofilamentgloweasilyburn,thermaldeposition,disadvantagessuchaslightfades,undertheappropriatecurrentandvoltage,theservicelifeofupto60,000to100,000hours,morethan10timeslongerthantraditionallightsourcelifetimes.Four,highbrightness,lowincaloriesLEDcoldlighttechnology,heatvaluemuchlowerthanconventionallighting.Five,environmentalprotectionLEDismadefromnontoxicmaterials,unlikefluorescentlampscontainingmercuryispollution,atthesametimeLEDcanalsorecycle.Thereisnoultravioletandinfraredspectrum,withnoheatorradiation,smallglare,coldlightsource,youcansafelytouch,istypicalofgreenlighting.Six,durableLEDisfullyencapsulatedinepoxyresin,aresolidthanlightbulbsandfluorescenttubes.Insidethelampnolooseparts,makestheLEDisnoteasilydamaged.Seven,manychangesLEDlightsourcetousered,greenandblueprimarycolortheory,incomputertechnologyunderthecontrolofanyofthethreecolorswitha256-levelgray,andmixed,canproduce256x256x256=16777216colors,differentcombinationsoflightcolorchanging,effectofachievingavarietyofdynamicchangesandvariousimages.Eight,advancedtechnologyComparedwiththetraditionallightsourcemonotonousgloweffect,LEDlightsourcesarelow-voltagemicro-electronicsproducts.Itmanagedblendofcomputertechnology,networkcommunicationtechnology,imagingtechnology,embeddedcontrol,andsoon,soisdigitalinformationproducts,isthesemiconductoroptoelectronicdevices"high-techtip"technology,hasthecharacteristicsofonlineprogramming,unlimitedupgrades,flexible. LEDfaultsOne,LEDlight-emittingdiodeshavebeengloballyrecognizedasthemostefficientartificiallightingtechnology.AlthoughdomesticalthoughmanypeopleinbusinessthinkLEDunderthemisleadingisusedinplaceofLCDliquidcrystaldisplaytechnology,butinpracticethisenergy-efficientlightingtechnologiesfromthe670-hasalreadybegunontheapplicationtodayfromavarietyoflights,streetlights,holidaylightsandthentothenotebook,TVbacklightisinextensiveuseofLEDlighting.Becauseofitshighenergyefficiency,itisgenerallybelievedthatreplacetraditionallightbulbs,fluorescentlampswithLEDlightisaveryenvironmentally-friendlypractices.However,recentlybytheUnitedStatesasurveyconductedbytheUniversityofCalifornia,ElvinshowsthatuseLEDenvironmentaleffectsarelikelytobeoffsetbythetoxicmaterialitcontains.Intheschoolofsocialecologyandpublichealthprojectsjointlyconductedthestudy,theyanalyzedthemarketcommononChristmastreelightsingroupsofred,yellow,green,andblueLEDlights,whichincludesbothhighbrightnessLED,productsalsoincludelowbrightness.ResultsshowthattheseLEDlampscontainantimony,arsenic,chromium,lead,andseveralothermetals.WhichpartofthetoxicelementcontentoftheLEDlamphasexceededthestandardsestablishedbytheregulator.Forexample,inlow-brightnessredLEDlight,theresearchersfoundexcessiveleadcontentupto8times,alsonickelcontentexceeding2.5times.ActuallyintheUnitedStatesinCalifornialaw,thevastmajorityofLEDlightshavebeenexplicitlydefinedastoxicwaste,ifyouusetheordinarylandfillapproachwillcontaminatesoilandgroundwater.AndiftheLEDlampisbrokenandmaycausedamaget