课件：LED照明特性.ppt

LED照明特性与应用,目录,一、LED基本特性简述 二、大功率白光LED的开发 三、LED质量的特征 四、LED灯具设计,一、LED基本特性简述,近年来，大功率LED发展较快，在结构和性能上都有较大的改进，产量上升、价格下降 ；Cree公司新推出的XLamp XRE冷白光LED，其最高亮度挡Q4在350mA时光通量可达107114lm。这些性能良好的大功率LED给开发LED白光照明灯具创造了条件。 LED有那些特性呢？,主波长: RED=629nm CYAN=505nm AMBER=590nm BLUE=470nm GREEN=530nm ROYAL BLUE=455nm,半值全宽度: RED=19nm CYAN=30nm AMBER=19nm BLUE=25nm GREEN=35nm ROYAL BLUE=20nm,LED的基本特性色度特性,LED的基本特性电气特性,热能模式,RQ 结 金属片,RQ金属片- 板,RQ 板 环境,Pd = Vf * If,环氧板,非导电层,Board 散热接口,Metal-core PCB,LED的基本特性热特性,经过一系列复杂的经验总结、推导、计算，可以得出LED结温的简单实用的经验计算公式如下：TJ=RjcPd+Tc=Rjc（IfVf）+TC 上式中：Tj指LED的结温 Rjc指LED的热阻 Pd指LED的工作功率If（LED工作电流）Vf（LED工作电压） Tc指LED的正背面铝基板温度,LED的基本特性结构特性,温度计算的经验公式,LED的基本特性热特性,传导,对流,基本的冷却途径,LED散热常用,效果好，不常用,对LED不重要,上图是飞利浦流明公司的K2结温和相对出光率的示意图，由图可以看出，LED的结温直接影响到了它的相对出光率，也就是光效，当LED结温在25度的时候，出光率达到额定的100，而当结温达到125度的时候，相对出光率下降为80以内,LED的基本特性热特性,上图是CREE公司总结的温度与光衰关系曲线图。当LED结温在65度的时候，光衰到70%时有10万小时的寿命，而当结温达到115度的时候，光衰到70%时有3万小时。,LED的基本特性热特性,大功率LED在结构设计上是十分重视散热的。图左是Lumiled公司K2系列的内部结构、图右是NICHIA公司NCCW022的内部结构。从这两图可以看出：在管芯下面有一个尺寸较大的金属散热垫，它能使管芯的热量通过散热垫传到外面去。,LED的基本特性结构特性,对于一般照明而言，人们更需要白色的光源。 1998年发白光的LED开发成功。 将GaN芯片和钇铝石榴石（YAG）封装在一起做成。GaN芯片发蓝光（p=465nm，Wd=30nm），高温烧结制成的含Ce3+的YAG荧光粉受此蓝光激发后发出黄色光发射，峰值550nm。蓝光LED基片安装在碗形反射腔中，覆盖以混有YAG的树脂薄层，约200-500nm。 LED基片发出的蓝光部分被荧光粉吸收，另一部分蓝光与荧光粉发出的黄光混合，可以得到得白光。,二、白光大功率LED开发,对于InGaN/YAG白色LED，通过改变YAG荧光粉的化学组成和调节荧光粉层的厚度，可以获得色温3500-10000K的各色白光。（如下图所示）,二、白光大功率LED的开发,白 色 LED 的 种 类 和 原 理,白 色 LED 的 种 类 和 原 理,白光LED的光色一致性就依赖：,1、LED芯片激发光波长 2、荧光粉材质 3、荧光粉颗粒度 4、荧光粉分布 5、荧光粉吸附能力 6、荧光粉稳定性,白光大功率LED的开发,大功率LED技术日趋成熟，得到了广泛的商业应用。而且发展迅速。,2019/8/22,17,可编辑,白光LED光源金卤灯光源对比,在工业厂矿照明中，LED与金卤灯对比.,1. 寿命长 理论上，LED的工作寿命可达到10万小时，在实际应用中，LED的正常工作时间在35万小时以上。 2. 维护费用低 由于LED为长寿命，免维护光源，使用中几乎不需要更换，可节省大量的维护费用。 3. 抗震性好 LED属半导体发光器件，发光体被牢固封装固化，能承受强烈振动而不损坏。 4. 光效高（节能） 随着LED技术的快速发展，光效提高很快，国际上现在已经达到110Lm/W。 6. 起动能力好 可瞬时启动，可连续启动。 7. 环保 对环境无污染：无有害金属汞。,白光LED灯具的优点,LED灯具的优点,三、LED质量特征,1、好LED热阻小且一致性高,热阻数据只有知名大公司才会测量。小公司没有能力测量热阻数据，谈不上热阻大小和一致问题。 最终影响的是LED寿命。,三、LED质量特征,2、好LED阈值电压精度高,阈值电压影响发光功率，影响多LED组合串并联发光功率，导致亮度不一致。,三、LED质量特征,3、好LED色度一致性好,色度有两方面决定： 原始光波长一致性差； 荧光粉质量、喷涂工艺差异。,三、LED质量特征,4、好LED配光一致性好,配光一致性取决于： 1、透镜一致性； 2、荧光粉的均匀一致性； 3、LED光波长一致性。,三、LED质量特征,LED配光一致不好，是灯具配光的影响因素之一。,影响灯具配光因素还有：灯具的发光杯质量、定位准确度，或者透镜的质量及定位,三、LED质量特征,LED配光一致不好，是灯具配光的影响因素之一。,上图是配光比较好两个光斑。,三、LED质量特征,5、好LED的光效高,影响LED光效因素： 1、LED芯片质量； 2、LED的荧光粉质量； 3、LED的散热性能；,三、LED质量特征,6、好LED的光衰小，寿命长,影响LED寿命的因素： 1、LED自身的散热性能； 2、LED芯片的质量； 3、还有就是灯具散热；,四、LED灯具设计,除了灯具的特性要求外，还有两个关键点 1、驱动电路 2、散热,1、驱动电路要点 可使用电流源或者电压源加电阻来点亮LED。注意：当使用电压源时一定要加电阻。 LED可串联或者并联接在一起，并联使用时LED的Vf的差距不能过大，要大约一致。,四、LED灯具设计,驱动电路调光 PWM的优点 在低占空比(占空比是指高电平在一个周期之内所占的时间比率。方波的占空比为50%，占空比为0.5，说明正电平所占时间为0.5个周期。)时，LED灯具的峰值电流可达