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LED半导体照明技术及其供电电源基础知识
一、关于LED应用的简介：
LED（Lighy Emitting Diode），又称发光二极管，它们利用固体半导体芯片作为发光材料，当两端加上正向电压，半导体中的载流子发生复合，放出过剩的能量而引起光子发射产生可见光。近年来随着半导体发光材料技术高速发展及“绿色照明”概念逐步深入人心的产物，LED作为第四代光源在照明领域的应用以其独特的优点深受人们的青睐。如：1、使用寿命长 2、发光效率高 3、耗电量少安全可*性强、有利于环保。
二、LED 寿命的理解
LED 的使用寿命，一般认为在理想状态下一般认为有10 万小时。但在实际在使用过程中其光强会随使用时间的推移逐渐衰减，光效率逐渐降低。我们杭州飞华把光强衰减到初始光强的70%以下时定为寿命终止，就目前来说还没有明确的国家标准用来衡量。而且LED的使用寿命与其芯片的本身的质量及其封装技术、工艺有直接关系，某些芯片在20mA 条件下连续点亮4000小时后其光亮度衰减已达50%。但是随着技术、工艺的提高，光衰时间越来越缓慢，即寿命也越长。
三、LED 的节能及可*性
LED 是电流控制元件，通过流过的电流，将电能转变为光能，因其不存在摩擦损耗和机械损耗，所以在节能方面比一般的光源的效率高，但是LED 光源并不能像一般的普通光源一样可以直接使用电网电压，它必须配置一个电压转换装置，提供满足其额定的电压、电流，才能正常工作，即LED专用电源。但是各种不同的LED电源其性能和转换效率各不相同，所以选择合适、高效的LED专用电源，才能真正体现LED 光源高效特性。因为低效率的LED 电源本身就需要消耗大量电能，在配合LED 的使用过程中根本就体现不出LED 的高效节能特性。而且LED 电源也必须是高可*性电源，才能保证LED光源系统长寿命。
四、LED 的基本特性及使用时的注意事项
1．常见的LED 电性能参数
（1）LED 正向电压
不同颜色的LED 在额定的正向电流条件下，有着各自不同的正向压降值，红、黄色：1.8~2.5V 之间，绿色和蓝色：2.7~4.0V 之间。对于同种颜色的LED，其正向压降和光强也不是完全一致的。如下表： 发光颜色 外观颜色 波长λD(nm) 正向电压VF 亮度Iv(mcd)
IF=20mA
Min. Max.
红色 水透明 645~660 1.8 2.5 50~300
黄绿色 水透明 570~575 1.8 2.5 50~300
黄色 水透明 585~590 1.8 2.5 500~5000
蓝色 水透明 455~475 2.7 4.0 500~7000
绿色 水透明 515~535 2.7 4.0 2000~10000
白色 水透明 - 2.7 4.0 3000~15000
在同一电路中应该尽量使用在额定电流条件下正向压降值相同、光强范围小的LED。只有这样才能保证LED 的发光效果一致。其具体的电性参数可依各封装厂每包装提供的产品分光参数标签值。（有些公司每批分选都不一致）
（2）LED 的额定工作电流
LED 的额定电流各不相同，普通的LED 电流一般为20mA，大功率的LED 电流一般为40 mA 或350 m
A 不等。具体要按各封装厂提供的电流参数值。一般LED在反向电压：VR=5V 的条件下，反向电流：IR≤10µA。
（3）LED 的功率
LED 功率的大小也各不相同，有70mW、 100mW、 1W、2W、3W、5W等，所以必须根据所选择的LED，设计合理的使用电路和配置合适的LED数量，使其完全满足LED电源的额定值，如果设计的电路使每个LED分担电压或电流过高就会严重影响LED的使用寿命甚至烧毁LED，如果分担的电压或电流过低则激发的LED 光强不够，就不能充分发挥LED 应有的效果，达不到我们所期望的目的。
2．温度特性
（1）LED 的焊接温度应在300℃以下，焊接时间控制在3~5S 之间。要注意避免LED温度过高从而使芯片受损，焊接的位置最好在引脚卡点以外的位置。
（2）LED 的亮度输出与温度成反比，温度不仅影响LED的亮度，也影响它的寿命。使用中尽量减少电路发热，并做一定的散热处理，在设计LED发光板时尽可能使铜箔有效面积加大。
3．静电特性
LED装配过程中必须加强防静电措施，因为操作过程和人体本身都会产生静电，对于双电极的LED最易被静电反向击穿，从而严重影响LED的使用寿命甚至使其完全报废。如防静电环境不是非常完善，可以给LED使用者增加防静电腕带，并使防静电腕带和操作台设置良好的防静电接地系统，离子风机等设备。双电极的LED在封状时并连齐纳二极管保护LED。
五、LED连接电路的常见形式
1．串联：这种电路需要电源提供较高的电压。
V总=各LED的VF之和=VF1+VF2+VF 3+VF 4------+VF N
I总=单颗LED的IF 值
2．并联：这种电路需要电源能提供较高的电流。
V 总=单颗LED 的VF 值
I总=各LED 的IF 之和=IF1+IF2+IF3+IF4------+IFN
3．串联/并联组合
a、 在实际运用中，负载常采用通过串并联形成的LED 阵列；
b、将LED 连接成串联/并联组合的形式，可大幅减低因少数LED 的VF
不一致造成的影响；
c、 阵列形式或LED 个数变化，限流电阻也应相应变化。
d、串联/并联组合的形式会使输出电流随输入电压和环境温度等因素而
发生的变化更加显著；
4．为了能有效控制电路中的电流，须在电路中配置适当的限流电阻。
R=（V 输入电压-VLED 总电压）/I（流过限流电阻的电流），限流电阻的作用主要是控制LED 的电流，使电压更平滑，并使各并联支路的亮度更均匀。限流电阻阻值大效果较好，但是限流电阻的取值也不能太大，否则会增加电能的损耗及元件温度升高。
六、电源的分类及特性
1、按驱动方式可分为两大类：
（1
）恒流式：
a、 恒流驱动电路输出的电流是恒定的，而输出的直流电压却随着负载阻值的大小不同在一定范围内变化，负载阻值小，输出电压就低，负载阻值越大，输出电压也就越高；
b、 恒流电路不怕负载短路，但严禁负载完全开路。
c、 恒流驱动电路驱动LED 是较为理想的，但相对而言价格较高。
d、 应注意所使用最大承受电流及电压值，它限制了LED 的使用数量；
（2）稳压式：
a、 当稳压电路中的各项参数确定以后，输出的电压是固定的，而输出的电流却随着负载的增减而变化； b、 稳压电路不怕负载开路，但严禁负载完全短路。
c、 以稳压驱动电路驱动LED，每串需要加上合适的电阻方可使每串LED 显示亮度平均；
d、 亮度会受整流而来的电压变化影响。
2、按电路结构方式分类
（1）电阻、电容降压方式：通过电容降压，在闪动使用时，由于充放电的作用，通过LED 的瞬间电流极大，容易损坏芯片。易受电网电压波动的影响，电源效率低、可*性低。（见图）
（2）电阻降压方式：通过电阻降压，受电网电压变化的干扰较大，不容易做成稳压电源，降压电阻要消耗很大部分的能量，所以这种供电方式电源效率很低，而且系统的可*也较低。（见图）
（3）常规变压器降压方式：电源体积小、重量偏重、电源效率也很低、一般只有45%～60%，所以一般很少用，可*性不高。
（4）电子变压器降压方式：电源效率较低，电压范围也不宽，一般180～240V，波纹干扰大。
（5）开关电源降压方式：稳压范围比较宽、电源效率比较高，一般可以做到70%～80%，设计简单，体积小，应用也较广。当然由于这种控制方式的振荡频率是不连续，开关频率不容易控制，负载电压波纹系数也比较大，异常负载适应性不是很好。
（6）PWM 控制方式开关电源：主要由四部分组成，输入整流滤波部分、输出整流滤波部分、PWM 稳压控制部分、开关能量转换部分。PWM 开关稳压的基本工作原理就是在输入电压、内部参数及外接负载变化的情况下，控制电路通过被控制信号与基准信号的差值进行闭环反馈，调节主电路开关器件导通的脉冲宽度，使得开关电源的输出电压或电流稳定（即相应稳压电源或恒流电源）。电源效率极高，一般可以做到80%～90%，输出电压、电流稳定。一般这种电路都有完善的保护措施，属高可*性电源。从以上介绍可以看出PWM控制方式设计的LED电源是比较理想的LED电源。
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LED半导体照明技术及其供电电源基础知识
一、关于LED应用的简介：
LED（Lighy Emitting Diode），又称发光二极管，它们利用固体半导体芯片作为发光材料，当两端加上正向电压，半导体中的载流子发生复合，放出过剩的能量而引起光子发射产生可见光。近年来随着半导体发光材料技术高速发展及“绿色照明”概念逐步深入人心的产物，LED作为第四代光源在照明领域的应用以其独特的优点深受人们的青睐。如：1、使用寿命长 2、发光效率高 3、耗电量少安全可*性强、有利于环保。
二、LED 寿命的理解
LED 的使用寿命，一般认为在理想状态下一般认为有10 万小时。但在实际在使用过程中其光强会随使用时间的推移逐渐衰减，光效率逐渐降低。我们杭州飞华把光强衰减到初始光强的70%以下时定为寿命终止，就目前来说还没有明确的国家标准用来衡量。而且LED的使用寿命与其芯片的本身的质量及其封装技术、工艺有直接关系，某些芯片在20mA 条件下连续点亮4000小时后其光亮度衰减已达50%。但是随着技术、工艺的提高，光衰时间越来越缓慢，即寿命也越长。
三、LED 的节能及可*性
LED 是电流控制元件，通过流过的电流，将电能转变为光能，因其不存在摩擦损耗和机械损耗，所以在节能方面比一般的光源的效率高，但是LED 光源并不能像一般的普通光源一样可以直接使用电网电压，它必须配置一个电压转换装置，提供满足其额定的电压、电流，才能正常工作，即LED专用电源。但是各种不同的LED电源其性能和转换效率各不相同，所以选择合适、高效的LED专用电源，才能真正体现LED 光源高效特性。因为低效率的LED 电源本身就需要消耗大量电能，在配合LED 的使用过程中根本就体现不出LED 的高效节能特性。而且LED 电源也必须是高可*性电源，才能保证LED光源系统长寿命。
四、LED 的基本特性及使用时的注意事项
1．常见的LED 电性能参数
（1）LED 正向电压
不同颜色的LED 在额定的正向电流条件下，有着各自不同的正向压降值，红、黄色：1.8~2.5V 之间，绿色和蓝色：2.7~4.0V 之间。对于同种颜色的LED，其正向压降和光强也不是完全一致的。如下表： 发光颜色 外观颜色 波长λD(nm) 正向电压VF 亮度Iv(mcd)
IF=20mA
Min. Max.
红色 水透明 645~660 1.8 2.5 50~300
黄绿色 水透明 570~575 1.8 2.5 50~300
黄色 水透明 585~590 1.8 2.5 500~5000
蓝色 水透明 455~475 2.7 4.0 500~7000
绿色 水透明 515~535 2.7 4.0 2000~10000
白色 水透明 - 2.7 4.0 3000~15000
在同一电路中应该尽量使用在额定电流条件下正向压降值相同、光强范围小的LED。只有这样才能保证LED 的发光效果一致。其具体的电性参数可依各封装厂每包装提供的产品分光参数标签值。（有些公司每批分选都不一致）
（2）LED 的额定工作电流
LED 的额定电流各不相同，普通的LED 电流一般为20mA，大功率的LED 电流一般为40 mA 或350 m
A 不等。具体要按各封装厂提供的电流参数值。一般LED在反向电压：VR=5V 的条件下，反向电流：IR≤10µA。
（3）LED 的功率
LED 功率的大小也各不相同，有70mW、 100mW、 1W、2W、3W、5W等，所以必须根据所选择的LED，设计合理的使用电路和配置合适的LED数量，使其完全满足LED电源的额定值，如果设计的电路使每个LED分担电压或电流过高就会严重影响LED的使用寿命甚至烧毁LED，如果分担的电压或电流过低则激发的LED 光强不够，就不能充分发挥LED 应有的效果，达不到我们所期望的目的。
2．温度特性
（1）LED 的焊接温度应在300℃以下，焊接时间控制在3~5S 之间。要注意避免LED温度过高从而使芯片受损，焊接的位置最好在引脚卡点以外的位置。
（2）LED 的亮度输出与温度成反比，温度不仅影响LED的亮度，也影响它的寿命。使用中尽量减少电路发热，并做一定的散热处理，在设计LED发光板时尽可能使铜箔有效面积加大。
3．静电特性
LED装配过程中必须加强防静电措施，因为操作过程和人体本身都会产生静电，对于双电极的LED最易被静电反向击穿，从而严重影响LED的使用寿命甚至使其完全报废。如防静电环境不是非常完善，可以给LED使用者增加防静电腕带，并使防静电腕带和操作台设置良好的防静电接地系统，离子风机等设备。双电极的LED在封状时并连齐纳二极管保护LED。
五、LED连接电路的常见形式
1．串联：这种电路需要电源提供较高的电压。
V总=各LED的VF之和=VF1+VF2+VF 3+VF 4------+VF N
I总=单颗LED的IF 值
2．并联：这种电路需要电源能提供较高的电流。
V 总=单颗LED 的VF 值
I总=各LED 的IF 之和=IF1+IF2+IF3+IF4------+IFN
3．串联/并联组合
a、 在实际运用中，负载常采用通过串并联形成的LED 阵列；
b、将LED 连接成串联/并联组合的形式，可大幅减低因少数LED 的VF
不一致造成的影响；
c、 阵列形式或LED 个数变化，限流电阻也应相应变化。
d、串联/并联组合的形式会使输出电流随输入电压和环境温度等因素而
发生的变化更加显著；
4．为了能有效控制电路中的电流，须在电路中配置适当的限流电阻。
R=（V 输入电压-VLED 总电压）/I（流过限流电阻的电流），限流电阻的作用主要是控制LED 的电流，使电压更平滑，并使各并联支路的亮度更均匀。限流电阻阻值大效果较好，但是限流电阻的取值也不能太大，否则会增加电能的损耗及元件温度升高。
六、电源的分类及特性
1、按驱动方式可分为两大类：
（1
）恒流式：
a、 恒流驱动电路输出的电流是恒定的，而输出的直流电压却随着负载阻值的大小不同在一定范围内变化，负载阻值小，输出电压就低，负载阻值越大，输出电压也就越高；
b、 恒流电路不怕负载短路，但严禁负载完全开路。
c、 恒流驱动电路驱动LED 是较为理想的，但相对而言价格较高。
d、 应注意所使用最大承受电流及电压值，它限制了LED 的使用数量；
（2）稳压式：
a、 当稳压电路中的各项参数确定以后，输出的电压是固定的，而输出的电流却随着负载的增减而变化； b、 稳压电路不怕负载开路，但严禁负载完全短路。
c、 以稳压驱动电路驱动LED，每串需要加上合适的电阻方可使每串LED 显示亮度平均；
d、 亮度会受整流而来的电压变化影响。
2、按电路结构方式分类
（1）电阻、电容降压方式：通过电容降压，在闪动使用时，由于充放电的作用，通过LED 的瞬间电流极大，容易损坏芯片。易受电网电压波动的影响，电源效率低、可*性低。（见图）
（2）电阻降压方式：通过电阻降压，受电网电压变化的干扰较大，不容易做成稳压电源，降压电阻要消耗很大部分的能量，所以这种供电方式电源效率很低，而且系统的可*也较低。（见图）
（3）常规变压器降压方式：电源体积小、重量偏重、电源效率也很低、一般只有45%～60%，所以一般很少用，可*性不高。
（4）电子变压器降压方式：电源效率较低，电压范围也不宽，一般180～240V，波纹干扰大。
（5）开关电源降压方式：稳压范围比较宽、电源效率比较高，一般可以做到70%～80%，设计简单，体积小，应用也较广。当然由于这种控制方式的振荡频率是不连续，开关频率不容易控制，负载电压波纹系数也比较大，异常负载适应性不是很好。
（6）PWM 控制方式开关电源：主要由四部分组成，输入整流滤波部分、输出整流滤波部分、PWM 稳压控制部分、开关能量转换部分。PWM 开关稳压的基本工作原理就是在输入电压、内部参数及外接负载变化的情况下，控制电路通过被控制信号与基准信号的差值进行闭环反馈，调节主电路开关器件导通的脉冲宽度，使得开关电源的输出电压或电流稳定（即相应稳压电源或恒流电源）。电源效率极高，一般可以做到80%～90%，输出电压、电流稳定。一般这种电路都有完善的保护措施，属高可*性电源。从以上介绍可以看出PWM控制方式设计的LED电源是比较理想的LED电源。