LED应用技术-课件 学习单元3、4 LED检测与安装、LED驱动电路分析

1学习单元3LED的检测与安装3.1LED技术参数与技术标准3.2LED技术参数的测量3.3LED的安全认证3.4LED分选技术3.5LED的焊接与安装

3.1LED技术参数与技术标准

2.LED技术标准与发展动向1LED技术参数

提纲1.LED技术参数

1）光学参数2）电学参数3）热特性参数4）不同应用场合对LED的参数要求

LED相关技术标准现状与发展动向1）LED国际标准ACIE标准CIEl27--1997{LED测试方法》(2)CIE／ISOLED强制测试标准BIEC标准IEC62031：普通照明用LED模块的安全要求IEC60838．2—2：杂类灯座第2．2部分：LED模块用连接器特殊要求IEC62384:LED模块用交／直流电子控制装置的性能要求

LED模块和控制器相关标准的结构图2)国内LED相关标准在20世纪80年代，我国原第四机械工业部发布过关于LED测试法的行业标准，即《半导体发光二极管测试方法》和sJ2658—86《半导体红外发光二极管测试方法》。因为这两个行业标准标龄过长，检测项目和检测方法陈旧过时，对高亮度和功率型LED不再适用。在1990年和2002年，我国先后发布了与LED相关的两个推荐性国家标准，它们分别是GB／T12561—1990《发光二极管空白详细规范》和GB／T18904．3—2002《半导体器件12．3：光电子器件——显示用发光二极管空白详细规范》3)LED标准体系

LED的标准体系包括LED芯片标准、LED封装技术标准、LED产品标准和系统标准等若干标准。其中，LED产品标准又分为基础标准、方法标准、性能标准和安全标准，产品标准还可以分为LED测试方法标准、LED光源通用标准、LED附件通用标准、LED连接件通用标准及LED灯具标准等；LED系统标准可分为测量标准、节能设计标准、使用规范标准、节电效益评价标准等。此外，LED系统标准还可以按照适用特点来分类。3.2LED技术参数的测量2LED电学参数的测量

3LED热学参数的测量

1LED光学参数的测量提纲1LED光学参数的测量

1)LED光学测量应注意的问题A测量的标准。B光度测量传感器的光谱响应。C测量的方向性。在LED的测试供电驱动中，LED本身结温的升高对电参数和发光的影响不容忽视。因此，测量时的环境温度及器件的温度平衡是非常重要的一项测量条件。2）LED发光强度的测量测量LED平均光强的标准条件示意图条件测量距离（mm）探测器面积(mm2）,(直径)(mm)立体角(sr)平面角AB316100100(11.3)100(11.3)0.0010.01206.50CIE测定LED平均光强的条件A和B光电探测器光谱响应曲线光电探测器面响应均匀度三维示意图

3）LED总光通量的测量A实测结果与f1’值之间无规律性关系不同温度时绿光LED的光谱

B测量中的自吸收效应及其校正同一管子不同位置的自吸收LED类型总光通量（lm）在球内位置2放置相应的LED球内不放LEDφ3mm0.7310.762φ5mm1.0771.112φ8mm1.7511.924椭球形O．9240.983不同尺寸和形状的LED的自吸收效应

自吸收效应的两种校正方案国外便携式LED光通量测试仪

4)LED光谱半宽度的测量单色LED真实的半宽度

种光源拍频的结果

2LED电学参数的测量1)大功率LED的测试直流电压源的使用和调节

2)插件式单颗LED（功率为0.2W）的测试3）贴片式单颗LED（功率为1W）的测试

LUxeon&Lambert单颗LED的识别

4)LED的极性判别及其简易测试双表法测量LED的接线图5)LED电容的测量

LED结构的等效电路

3种LED暗态电容测量结果

3LED热学参数的测量

1）LED温度测量系统

LED温度测量系统组成框图

LED驱动电路2）测试实例及测试结果编号光色外形功率（W）1白大功率型封装12红大功率型封装13绿大功率型封装14蓝大功率型封装15黄草帽形封装0.066红草帽形封装O.067绿草帽形封装0.068蓝草帽形封装O.061至4号LED在设定温度下的相对光通输出5至8号LED在设定温度下的相对光通输出

3.3LED的安全认证

2安全认证中处理镭射问题方法1大功率LED具有激光的某些特性

提纲1大功率LED具有激光的某些特性

1级激光／LED：在能预见到的使用条件下均是安全的。

2级激光／LED：通过人的眨眼动作保护眼睛免受伤害。

3A级激光／LED：不通过光学装置观测光线，不会有伤害

3B级激光／LED：直接看光束通常是危险的，但漫反射是无害的。

4级激光／LED：即使是漫反射，也有灼伤人眼和皮肤的危险。在UL向安全测试工程师发出的警报信中，附有一份当时VDE有关激光和LED的申明，并要求UL测试工程师在处理这些产品的申请时采用VDE的一些做法。2安全认证中处理镭射问题方法

为了避免昂贵的测试费用，LED灯具应当按以下方式来处理：如果LED的光强低，可能仅相当于1级激光。在所有其他情况下，提供一份声明，表明LED模块不超过IEC／EN60825．11级。如果不能提供上述声明或测试工程人员认为仅通过判定不可靠，则应当执行IEC／EN60825．1的测试。3.4LED分选技术2LED的分选方法

3LED分选技术的发展现状与趋势

1LED分选的必要性

提纲

人眼对于光的颜色和亮度的分辨率是比较高的；人眼对于不同颜色(波长)光的敏感度是不同的；在多个LED用作阵列显示和显示屏器件时，如不经过测试筛选，光色和亮度的不均匀都会给人带来不舒服的感觉。因此，对于LED的参数必须根据应用要求，按照主波长、光强、光通量、色温和工作电压、工作电流以及反向击穿电压等进行测试和分筛。1LED分选的必要性

2LED的分选方法1）LED芯片的测试分选LED芯片分选机

LED测试分选机

封装后的LED成品应当按照发光波长、发光强度、发光角度和工作电压等光电参数进行测试分选，其结果是按用户要求或产品说明书将器件分成若干档和类别，然后LED测试分选机会自动根据设定的测试标准把器件分档并分装到相应的专用盒之内。2）LED成品的测试分选LED芯片的测试分选设备比较复杂，技术含量较高，其硬件和系统软件通常是由不同厂家提供的，然后再将其集成在一起。LED分选技术的发展趋势是：1）在外延片的均匀度尚未得到较好控制之前，必须研发新一代快速低成本芯片测试分选设备。2）研发LED系统的长期性能和寿命快速测定评价技术(体系)，解决LED寿命测试问题。3）研究新的筛选和试验方法，剔除早期失效品，以保证LED产品的可靠性。3LED分选技术的发展现状与趋势

3.5LED的焊接与安装

2LED的焊接方法3手工焊接的步骤1LED引脚的成形方法提纲4LED安装的技术要求5LED显示器的焊接6清洗方法及使用注意事项在对LED进行焊接前，如果需要做引脚整形的话，必须要在焊接之前完成。引脚弯曲的地方与树脂封盖的距离不得小于5mm，而且保证不会有不恰当的外力作用于树脂，否则会使LED胶体里面的支架与金线分离。支架成形时，需保证引脚及间距与线路板一致。引脚在同一处的折叠次数不能超过3次。将引脚弯成900后再回到原位置为1次。引脚整形最好由专业人员用镊子等工具辅助完成。1LED引脚的成形方法LED的焊接要求如下：不要将胶体浸到焊接溶液中去。在焊接温度回到正常以前，必须避免让LED受到任何的震动或外力作用。可接受的焊接条件如表2-5所示。2LED的焊接方法焊接方式焊接条件烙铁（建议用温控烙铁）

预热温度为75℃±5℃，30s以内；烙铁蘸锡温度为260℃±5℃，时间控制在3s内（距离胶体边缘1.6mm）；烙铁焊接温度为300'C±5℃，时间控制在3s内（距离胶体边缘1.6mm）波峰焊预热温度为150～180℃，时间控制在90s以内；焊接温度为245℃±5℃，时间控制在5s内(距离胶体边缘1.6mm)回流焊焊接温度为2400C±5℃，时间控制在30s内（使锡不触及胶体）LED可接受的焊接条件3手工焊接的步骤1）准备焊接2）加热焊接3）清理焊接面4）检查焊点焊点形状的控制

焊点的俯视形状

安装LED时有以下技术要求：LED的标志方向应按照图纸规定的要求，若装配图上没有指明方向，则应使标记向外易于辨认，并按从左到右、从下到上的顺序读出。LED的极性不得装错，安装前应套上相应的套管。安装高度应符合规定要求，同一规格的元器件应尽量安装在同一高度上。LED在印制电路板上的分布应尽量均匀，疏密一致，排列整齐美观，不允许斜排、立体交叉和重叠排列。4LED安装的技术要求电路板正面

电路板反面焊接LED显示器时，要求在260℃的情况下焊接时间不要超过5s。塑胶反射镜底部离焊接表面至少要有3mm的距离。在300℃的情况下，焊接时间不要超过3s且烙铁功率小于30W。5LED显示器的焊接建议用超声波清洗LED。如果真的需要清洗而又没有超声波清洗设备，可用酒精或者氟利昂等清洗剂。勿用有机溶剂（如丙酮、天那水等）清洗或擦拭LED胶体，否则，会造成发光不正常或胶体内部破裂，导至LED内部金线与芯片过接处破坏。任何清洗方法都需在常温下进行，且清洗的时间不得超过1min。不要用水清洗LED，因清洗会使引脚生锈。6清洗方法及使用注意事项LED的极性不得接反，通常引线较长的为正极，引线较短的是负极。长期使用时温度不宜超过75℃。LED的正常工作电流为20mA，电压的微小波动(如O.lV)都将引起电流大幅度波动在发光亮度基本不变的情况下，采用脉冲电压驱动可以节省耗电。静电电压和电流的急剧增大将会对LED产生损害在给LED上锡时，加热锡的装置和烙铁必须接地，以防止静电损伤器件。务必不要在引脚变形的情况下安装LED。在通电情况下，避免80℃以上高温作业，如有高温作业，一定要做好散热。

LED的使用注意事项48学习单元4LED驱动电路分析4.1LED驱动器4.2LED与驱动器的匹配4.3典型LED驱动器及应用4.4典型DC/DC变换电路4.5白光LED驱动电路4.6LED集成驱动电路

4.1LED驱动器

2.常用的LED电源驱动方案

1LED驱动器的要求

提纲3.LED显示驱动方式

1.LED驱动器的要求为满足便携式产品的低电压供电，驱动器应有升压功能，以满足1～3节充电电池或1节锂离子电池供电的要求，并要求工作到电池终止放电电压为止。驱动器要有高的功率转换效率，以延长电池的寿命或两次充电之间的时间间隔。在多个LED并联使用时，要求各LED的电流相匹配，使亮度均匀。功耗低，静态电流小，并且有关闭控制功能。LED的最大电流ILED可设定，在使用过程中可调节（亮度调节）。有完善的保护电路，如低压锁存、过压保护、过热保护、输出开路或短路保护等。外围元件少而小，使其占印制板面积小，以便小尺寸封装。使用方便，价位低，对其他电路的干扰影响小。

2常用的LED电源驱动方案1）低压驱动2）过渡电压驱动3）高压驱动4）市电驱动综合控制驱动静态显示驱动电路3LED显示驱动方式1）静态显示驱动法2）动态显示驱动法动态显示驱动电路3）MCU程序的实现LED有关显示功能的逻辑关系实现定时中断的方法

跑步机功能流程

4.2LED与驱动器的匹配

2LED全部串联方式3LED全部并联方式1匹配问题的提出提纲4LED混联方式5交叉阵列形式6驱动电路的拓扑结构匹配的差异级别包括发光强度和色度。色度决定显示的颜色，大多与执行设计所使用的半导体工艺有关。电气工作条件对色度的影响很小。对于发光强度而言，筛选工艺可测量在给定正向工作电流下发光强度。1匹配问题的提出2LED全部串联方式1）电路特性LED以全部串联方式连接

2）驱动器选择

1）电路特性3LED全部并联方式LED采用全部并联方式全部并联方式应用当某一只LED因品质不良而断路时，如果采用稳压式LED驱动方式驱动器的输出电流将减小，但不影响余下的所有LED正常工作。如果采用恒流式LED驱动方式，由于驱动器的输出电流保持不变，分配在余下的LED中的电流将增大，容易损坏所有的LED。解决办法是尽量多地并联LED，当断开某一只LED时，分配在余下的LED中的电流不大，不至于影响余下的LED正常工作。2）驱动器的选择

4LED混联方式

1）电路组成LED采用混联方式连接图当某一串联支路上有一只LED品质不良而短路时，不管采用稳压式驱动方式还是恒流式驱动方式，该串联支路相当于少了一只LED，通过该串联电路的电流将增大，多表现为断路。断开一个LED串联支路后，如果采用稳压式驱动方式，驱动器的输出电流将减小，而不影响余下的所有LED正常工作。2）电路性能分析LED采用混联方式应用5交叉阵列形式

LED交叉阵列形式的电路图

LED驱动电路的拓扑结构简单的LED驱动电路拓扑结构图

LED驱动电路结构框图

4.3LED与驱动器的匹配

2电感式LED驱动器3电荷泵式LED驱动器1电容降压式LED驱动器提纲4LED恒流驱动器5LED调光驱动

电路中利用两只反向并联的LED对降压后的交流电进行整流。该电路广泛应用在夜光灯、按钮指示灯及一些要求不高的位置指示灯等场合。1电容降压式LED驱动器1)最简单的电容降压电路最简单LED的电容降压电路2)采用压敏电阻的电容降压LED驱动电路3)采用可控硅的电容降压LED驱动电路4)具有滤波单元的电容驱动电路

2电感式LED驱动器

典型电感式LED驱动器的原理图3电荷泵式LED驱动器基于电荷泵的LED驱动器组成框图利用电荷泵控制3个LED将MAX1916的输出并联，提供更高的电流增益新型电荷泵变换器的特点1)提高输出电流及降低输出电阻2)减小功耗3)扩大输入电压范围4)减小所占印制板的面积5)输出负电压可调整通过电阻设定输出电压的电路图电荷泵的选用转换效率要高。静态电流要小，可以实现节能运行。输入电压要低，尽可能利用电池的潜能。噪声要小，对整体电路无干扰。功能集成度要高，以提高单位面积的使用效率，便于设计更小型的电子产品。具有足够的输出调整能力，以使电荷泵不会因工作在满负荷状态下而发热。电荷泵的封装尺寸要小，这是电子产品的普遍要求。安装成本低，包括电荷泵周边电路要少占PCB面积，并且走线少而简单。要具有关闭控制端，可在长时间待机状态下关闭电荷泵，使供电电流消耗近乎为零。可控恒流源应是实现亮度控制最简单的方案。

LCD背光装置则大多采用PWM电源为LED供电，以避免这一“色偏”问题。目前多已改用集成恒流源为白光LED供电，可以消除电源电压变动所造成的不利影响。4LED恒流驱动器

恒流源集成电路AS1109的封装形式5LED调光驱动(四种实现方式)4.4典型DC/DC变换电路2有变压器隔离的DC/DC变换电路1无隔离的DC/DC变换电路提纲1无隔离的DC/DC变换电路1）降压式变换器如图a所示无隔离的DC/DC变换电路2）升压式变换器如图b所示3）降／升压式变换器如图c所示

2有变压器隔离的DC/DC变换电路1）单端正激DC/DC变换器单端正激DC/DC变换器的电路图2）单端反激DC/DC变换器单端反激DC/DC变换器的电路图3）双管正激DC/DC变换器双管正激DC门DC变换器的电路图4）双管反激DC/DC变换器双管反激DC/DC变换器的电路图5）半桥DC/DC变换器半桥DC/DC变换器的电路图6）全桥DC/DC变换器全桥DC/DC变换器的电路图7）推挽式DC/DC变换器推挽式DC/DC变换器的电路图4.5白光LED驱动电路2白光LED驱动方案的选择3常见的白光LED驱动电路1调光功能的实现方式提纲采用模拟方式调光技术时，只需将白光LED的电流降至最大值的一半，就能让屏幕亮度降低50%。这种方法的缺点是白光LED的色移需要模拟控制信号。PWM方式调光技术可在减小的电流占空周期内提供完整的电流给白光LED，例如要将亮度降低一半，只需在50%的占空周期内提供完整的电流。

1调光功能的实现方式调光功能的实现方式可分为两种：模拟方式和PWM方式。所有专为驱动白光LED而设计的IC都提供恒定电流，其中绝大多数是基于电感或电荷泵的解决方案，这两种解决方案各有其优缺点。电荷泵解决方案也称为开关电容器解决方案，利用分离电容器将电源从输入端传送至输出端，整个过程不需使用任何电感，所以是受欢迎的解决方案。电感式驱动电路体积小，效率高，适合为绝大多数便携式电子产品提供更长的电池使用时间。2白光LED驱动方案的选择

电感式升压变换器解决方案

该电路利用电压源变换器与限流电阻来控制白光LED的电流。该做法的优点是可以选用多种稳压器，同时只需将稳压器的一端连接到白光LED上；缺点是由于限流电阻所带来的功率耗损以及白光LED的正向电流没有被精确控制，因此效率不佳。

3常见的白光LED驱动电路电压源变换器与限流电阻

1）电压源变换器与限流电阻电路

该电路对于同一生产厂同批次的LED来说匹配精度较高，而对不同生产厂不同批次的LED来说匹配精度较差。

2）电流源变换器与限流电阻电路电流源变换器与限流电阻

电流的稳定精度与匹配度由每个独立的电流控制器的精度所决定。采用MAX1570变换器可达到2%的电流精度以及0.3%的电流匹配度。

3）多重电流源变换器

多重电流源变换器

采用电感升压式变换器来稳定白光LED电流的电路，其中反馈电压可以将电流检测电阻的功率损耗降到最低。

电感升压式变换器且LED以串联形式连接4）电感升压式变换器且LED以串联形式连接4.6LED集成驱动电路

2开关式驱动LED的电路3限流开关

1电荷泵驱动电路提纲4闪光灯用LED驱动器5六路串联白光LED驱动6集成肖特基二极管驱动器（1）主要技术特性固定高频工作频率为2MHz。输出电流为lOOmA。输出电压稳定，CAT3200-5的输出电压固定为5V，CAT3200的输出电压可调。静态电流的典型值为1.7mA。输入电压低至2.7V时仍可正常工作。具有软启动、斜率控制，过热关断保护等功能。低值的外部电容（1uF）。关断电流小于lUA，有折返电流上限保护和过热保护。CAT3200-5采用小型（厚度为Imm）6脚SOT-23封装，CAT3200采用MSOP-8和小型（厚度为0.8mm）TDFN封装。1电荷泵驱动电路1）CAT3200/CAT3200-5电荷泵驱动的白光LED电路(2)典型应用电路CAT3200和CAT3200-5的典型应用电路

（1）MAX1576的主要技术特性驱动多达8个LED。30mA驱动用于背光照明，400mA驱动用于闪光灯。在整个锂离子电池放电过程中可实现85%的平均效率，LED的电流匹配精度为0.7%。自适应的lx、1.5x、2x模式切换，灵活的亮度控制。单线，串行脉冲接口(5%～l00%)，2位（3电平）对数逻辑。低输入纹波和EMI，O.luA低关断电流。电源电压范围为2.7～5.5V。具有软启动限制浪涌电流、输出过压保护和热关断保护功能。MAX1576采用24引脚4mm×4mm薄型QFN封装(最大厚度为0.8mm)。2）MAX15