大功率發光二極管技術探討

摘要：隨著LED技術研究的不斷深入，大功率發光二極管在實際應用中的應用范圍越來越廣。文章對發光二極管的研究現狀進行了介紹，尤其是現已涉及的實際應用領域，從中總結出今后大功率發光二極管的研究方向，并分析了LED的主要類型和大功率發光二極管技術的實際應用。

關鍵詞：LED；大功率；發光二極管；照明電源；新一代燈飾；汽車用燈 文獻標識碼：A

中圖分類號：TN312 文章編號：1009-2374（2015）27-0073-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.27.038

隨著LED技術研究的不斷深入，關于發光二極管技術的研究越來越多，其中一些大功率發光二極管在實際應用中的應用范圍也越來越廣，本文就主要對常用的大功率發光二極管技術予以簡單探討。

1 發光二極管的研究現狀

LED的研究一直保持著快速平穩的發展水平，在20世紀90年代，發光二極管的研究取得了巨大的飛躍。相比于白熾燈，發光二極管的發光效率明顯增強，光強達到燭光級水平。在光的顏色選擇方面，發光二極管也覆蓋了從紅色光到藍色光的整個可見光譜范圍。這是一場偉大的技術革命，自此發光二極管從簡單低級的指示燈水平，跨越到超過一般通用光源水平的另一層面上。發光二極管依靠技術突破，在各個新領域發揮了重要作用，例如交通信號燈、汽車信號燈、室外廣告牌、室外大型顯示屏，甚至包括一些較為特殊的照

明燈。

2 發光二極管驅動電路的種類

由于發光二極管的使用功能、使用要求、使用條件不同，發光二極管驅動電路的形式也不盡相同。一般有以下兩種分類：

2.1 依據驅動源方式進行分類

若將發光二極管的驅動源方式作為分類依據，可以將其劃分為這樣兩種類型：（1）電壓源驅動的發光二極管，結構簡單、便于使用是電壓源驅動的優點，但它同時存在著電阻損耗大、電流調節不便等劣勢。在早期，添加了鎮流電阻的電壓源驅動方式被廣泛應用于各種設備的工作指示、電源指示上。（2）電流源驅動的發光二極管，發光二極管最理想的驅動方式是電流源驅動，主要包括三種應用方式，即加鎮流電阻式、多路電流源式、高頻變壓器升壓式。

2.2 依據負載的不同連接方式進行分類

若將發光二極管負載的不同連接方式作為主要的分類依據，可以將其劃分為這樣三種類型：（1）并聯型，多個發光二極管并聯，連接在驅動電源上，構成了發光二極管的并聯連接。因為不同的發光二極管存在個性差異，因此流過每個發光二極管的電流大小不盡相同，從而導致每個發光二極管的工作特性也不相同，無法做到均勻發光。啟動電壓較低的發光二極管有較大的電流通過，相比較而言，亮度較大，功耗較大，極易因過載而損壞。為避免這種不安全因素，可以在每個發光二極管上串聯一個小阻值的鎮流電阻。（2）串聯型作為最常用的連接方式，串聯型連接具有突出的優勢：每個發光二極管中流過的電流大小相同，發光強度一致，擁有良好的均勻性。應該重視的是，如果在同一回路中，僅有單個發光二極管發生了短路，電路電流保持不變，不會對其他發光二極管造成影響，但是，如果在同一回路中有單個發光二極管發生了斷路，電路就會斷開，其他發光二極管就無法正常工作。（3）串并聯混合型。根據實際的工作要求、應用需要、驅動方式、現場條件等，正確合理地綜合應用串并聯連接方式，可以達到工作效率的最大化。

3 大功率發光二極管的應用

發光二極管的光亮度越來越高、顏色選擇范圍越來越廣，因而也越來越廣泛地應用于各個領域。較低光通量的發光二極管多應用于指示燈和顯示屏，隨著光通量也就是光亮度的提高，LED燈也由室內發展到室外，應用于功率信號燈、特殊照明燈等。

3.1 照明光源

發光二極管以白光形式作為照明光源，相較于一般的普通照明光源，優勢顯而易見。LED光源因其無紅外線輻射，具有很好的隱蔽性，除此之外，發光二極管十分耐震，采用固體化的結構，便于攜帶，而且十分適合以蓄電池方式充電。這些優勢為LED燈在照明光源的應用領域開辟了很大的空間。日常生活中的埋地燈和草坪燈早已隨處可見，發光二極管還在其他方面滿足著人們的照明需求，比如用作手電、學習臺燈、手術醫生的頭燈、顯微鏡的視場照明、室內展覽館的照明等。

3.2 新一代燈飾

發光二極管在節能、長壽命、易驅動、易控制、可變色、可閃爍等方面有著不可超越的優勢，再加上隨著科技與工藝的進步，發光二極管的亮度不斷提高，成本不斷下降，這一切都為發光二極管進軍燈飾領域鋪平了道路。無論是街道、廣場，還是橋梁以及高大的建筑物，隨處可見用發光二極管制成的發光柱。

3.3 汽車用燈

汽車的方向燈、尾燈以及剎車指示燈，甚至包括車內照明和儀表照明，都可以采用超高亮度的發光二極管作為光源。相比于白熾燈，LED燈有很多優勢，比如說壽命長、節能、耐震等。作為剎車指示燈，LED的響應時間要比白熾燈短得多，只需要60ns，白熾燈卻需要140ms，顯然有很大差距，這個差距在一般的高速公路上的直觀體現，是4～6m的行駛距離。

3.4 交通信號燈

多年之前，發光二極管就已經作為光源應用于航標燈中，如今隨著LED燈的研究發展，發光二極管早已成為道路交通信號燈中不可或缺的元器件，省電、壽命長、免維護是LED信號燈非常突出的優勢特點。目前，LED燈采用的發光波長是黃色光590nm、紅色光630nm、綠色光505nm。值得重視的是，為防止夏天的高溫環境影響發光二極管的壽命，應注意不要使驅動電流過大。交通信號燈的應用領域還將被繼續開拓，相信在不遠的將來，鐵路專用信號燈、機場專用信號燈也將大量采用發光二極管作為光源材料。

4 大功率發光二極管的光電特性

基瓦級白光發光二極管（LED）具有使用壽命長、環保節能等諸多的優點，這使得其在實際應用中的應用范圍越來越廣，對其光通量及正向電壓與溫度之間的關系進行簡單分析，當LED在任意溫度之下被額定電流下點亮時，其在該溫度值之下達到熱平衡之后，其光通量及正向電壓會隨著溫度不同出現變化，如圖1所示：

圖1 光通量及電壓與溫度之間的關系

從圖1中可以看出隨著溫度的上升，LED的光通量與電壓都表現出逐漸下降的特點，對電壓隨著溫度變化的數據進行擬合，能夠得到其溫度與電壓之間的關系式如下所示：

式中：0.0033表示的是溫度系數，也就是說溫度每上升10℃，其電壓值就會減小0.33V。對光通量隨著溫度變化的情況進行擬合，能夠得到光通量與溫度之間的關系式如下所示：

從上式中可以看出，溫度每上升10℃，光通量的減小值為0.55lm。

5 結語

大功率發光二極管有很多優點，只有正確使用，才能充分發揮其工作效力。我們應在對LED性能特點有著充分了解和認識的基礎上，進行發光二極管的研發應用。相信在不遠的將來，有關發光二極管的研究項目必將取得更長足的進步。

參考文獻

[1] 楊安發.定電流對LED的重要性[J].照明工程學報，2013，（9）.

[2] 周太明.白光LED驅動電路的研究及電子電路的設計[J].半導體照明的曙光，2012，（11）.

作者簡介：譚學文（1982-），男，吉林通化人，供職于江蘇省淮安工業中等專業學校，中教一級職稱，研究方向：

電子。

（責任編輯：黃銀芳）