1w白光led串并联组合的研究

1w白光led串并联组合的研究

1多芯片集成的紫外光led有很多方法可以实现光的光刻。现在，最成熟的技术是将黄光刻和荧光粉涂在蓝芯片上，并将蓝色光与黄色光混合均匀地表示为不同颜色的光刻，以实现不同颜色的光刻。大功率白光LED的实现方法主要有两种,一是直接封装大功率LED芯片,典型的以Lumileds公司为代表,1W和3W大功率白光LED已经上市;二是通过封装多个小功率芯片组合成大功率。目前第二种方法比较适合我国国情,因为大功率芯片到目前为止还没有国产化,从国外或台湾进口,价格很高,而小功率芯片国内货源充足,组合成同样的功率,其价格相对较低。除此之外,多芯片集成型白光LED还有独特的优势:通过不同的串并联组合,可以实现各种不同的额定电压和电流,更好地适应驱动器设计,提高整体发光效能,降低成本;单位面积的芯片数可多可少,可以封装成各种不同的点和面光源。主要缺点是体积偏大,由于多点发光,二次光学设计的难度加大。基于多芯片集成的大功率白光LED,国内已有几家公司在研究开发,部分产品已经上市。本文在大量试验研究的基础上,主要针对集成功率型白光LED的老化特性、光品质以及相关驱动技术进行具体阐述。2led光衰特性白光LED进入普通照明领域,关键取决于3个因素,一是价格,二是光效,三是寿命。白炽灯虽然发光效率低、寿命短,但价格非常便宜,而且由于其色温低、显色指数好,仍然具有市场竞争力。荧光灯价格稍高、发光效率高、寿命也较长,缺点是含有重金属,不利于环保。白光LED被认为是绿色照明光源,通过芯片与荧光粉的最佳匹配,可以实现不同色温和显色指数要求,而且是固体发光,体积小。但是目前的LED芯片和封装水平、发光效率虽比白炽灯高,但与荧光灯比,还相差很远,价格比荧光灯还高出许多。白光LED的寿命也没有想象的好,虽然封装与散热条件不同,但均只有几千小时。研究发现,白光LED的光衰特性与环境温度和散热条件密切相关。降低PN结至支架(或基板)的热阻,以及创造良好的散热条件是提高LED寿命的关键技术之一。图1所示为采用多芯片集成型1W大功率白光LED的光衰情况。由图1可见,虽然多芯片集成白光LED功率较大,但由于集成型白光LED采用导热性能更好的铝基板,并且外加散热机构,使热量散发的更快,因此,1W大功率集成型白光LED的光衰在900h时,只有12%。另外,随着老化时间的推移,色温的稳定性也不容忽视,如图2所示为色温随时间的变化关系,可以看出,色温的稳定性还是不错的,说明芯片和荧光粉的衰减规律基本一致。该老化试验目前正在进行之中。3led光强分析白光LED的光品质决定了其是否能进入普通照明领域。以我们设计的集成功率型1W白光LED为例,色温6400K、显色指数大于80时,光通量可以达到30lm以上。色温在3000K、显色指数大于80时,光通量可以达到25lm以上。功率相同,光通量不同,价格也有差别。图3所示为集成功率型1W大功率白光LED的光谱特性,色温为6400K,显色指数85。图4为对应的光强分布曲线。客户可以根据具体情况设计二次光学器件,以达到特定的光强分布。色温随电流的变化关系如图5所示,可以看出,不同电流大小对色温还是有一定影响的。当温度升高时,LED的正向压降会随着温度的升高而下降,如果采用恒压方式驱动,则电流会大幅度上升,从而导致温度进一步升高,进入恶性循环,严重降低LED的发光效率,缩短LED的寿命。因此,通常情况下,恒流驱动方式优于恒压方式。但对于多芯片集成的大功率LED,采用恒流驱动也不一定是最好的驱动方案。原因在于,某一串LED发生短路或断路后,将造成电流分配不均,影响LED的正常工作,加速老化,降低寿命。4led路径分析根据能量来源的不同,LED驱动电路总体上可分为两类,一是AC/DC转换,能量来自交流市电,二是DC/DC转换,能量来自干电池、可充电电池、蓄电池等。根据LED驱动原理的不同,又可以分为线性驱动电路和开关驱动电路。线性电路成本低,价格便宜,但效率较低,一般不会超过60%。开关电路效率高,一般可达80%左右,成本亦高。对于由低于8颗小功率LED芯片(标准20mA)组成的光源,目前已有很多市售的DC/DC转换芯片可以作为其驱动器,且很多是恒流驱动。如Supertex公司的HV9903,采用1.2MHz的开关振荡频率,可以驱动6颗串联的LED,如图6所示,电流可以在5～40mA调整,还具有关断模式,效率可以达到85%。如图7所示为美国TI公司提供的TPS61040开关驱动电路,其最大输出电压最高可达28V,可以为最多8颗LED提供恒流驱动,还可以通过PWM信号对LED的亮度进行控制,其效率与输入电压和负载等多种因素有关,最高可达87%,电流不超过20mA。对于LED颗数比较少的情况,还可以采用恒压驱动,如图8所示为日本Torex公司生产的XC6371升压电路原理图,其外围器件非常少,是最简单的DC/DC转换器之一,输入电压最低只需0.9V即可启动工作,随着输入电压的升高,其转换效率也会提高,通过合理选择外围器件,最高转换效率大约85%左右。对于以普通市电为电源的情况,LED驱动电路相对更成熟,小功率LED光源可以采用电容降压实现恒流驱动,对于大电流情况,可以采用开关恒流驱动电路,效率较高,可达80%,成本亦可以接受。有很多厂家可以开发电源芯片,如PowerIntegrated,Fairchild等。5led材料与封装材料我们从2002年开始研究开发LED封装技术,经过两年多的努力,现已开发出系列白光LED光源和应用照明产品。1W、2W白光LED已经批量生产,并已成功研制出50W大功率白光LED样品。色温覆盖2700～13000K,显色指数可以做到80以上。采用多芯片组合的办法实现大功率,封装设计比较灵活,单位面积上的芯片数可以根据