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LED照明——LED解析与应用

来源:浙江省照明学会 发布时间:2016-10-21浏览:939
LED原理:发光二极管,是一种PN结器件,具有二极管单向导电特性,也发出某种波长的光,把电能转换为光能。实际应用中我们是充分利用PN结的发光特性,而不是它的导电特性。本文从LED的原理和热学特性等方面来解析LED及其应用。
吴敏伟
杭州安得电子有限公司  
 
LED原理:发光二极管,是一种PN结器件,具有二极管单向导电特性,也发出某种波长的光,把电能转换为光能。实际应用中我们是充分利用PN结的发光特性,而不是它的导电特性。其半导体晶片由两部分组成,一部分是P型半导体,在它里面空穴占主导地位,另一端是N型半导体,在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候,它们之间就形成一个P-N结,也形成一个势垒。当但它在外加正偏压时,P型材料为正极,N型材料为负极,PN结的势垒降低,电子就会被推向P区,在P区里电子跟空穴复合,能级从高的导带跃迁到较低的价区,就会有多余的能量以光子的形式释放出来,光子的波长和它携带的能量多少有关,能量越高,对应的光的波长就越短,反之波长越长,在可见光的频谱范围内(波长380-780nm)当复合释放出的光子能量较多时,可见光为波长较短的紫光、蓝光,反之有红光。然而位于导带与价带的中间附近的能级,复合时能量不大,不能形成可见光,这些便以热能形式放出来,这就是LED发光的原理。而光的波长也就是光的颜色,是由形成P-N结的材料决定的。 因此我们在验证LED整灯时,温度测试发现同款结构产品色温低的其结温比色温高的高出10度左右,光衰也相比大约0.5-1.5%。也即是色温低的波长长,转换光能量低,光效低,释放热量多的特性。所以我们设计结构产品时,验证当中是必优先考虑波长长,色温低的,以达到确保其不同色温产品的寿命。

LED热学特性:LED的光学参数与PN结结温有很大的关系。一般工作在小电流IF<10mA,或者10~20 mA长时间连续点亮LED温升不明显。若环境温度较高,LED的主波长或λp 就会向长波长漂移,每结温升高10℃,则波长向长波漂移1nm,且发光的均匀性、一致性变差。导致加速光衰影响寿命。这对于作为照明用的灯具光源要求小型化、密集排列以提高单位面积上的光强、光亮度的设计尤其应注意用散热好的灯具外壳或专门通用设备、散热设计很关键。实验发现如灯具外壳与灯珠结温如相差有35度以上,相对结温也会超130度,高温烘箱加速光衰实验中也将基本上48小时后有光衰出现,也即基本上是散热未处理好。

目前各生产厂商对LED开关次数测试设定标准不一,有开10S关10S;开30S关30S;开15S关45S的,而寿命标准也只是工厂宣称的:开关测试的次数大于等于额定寿命的二分之一。从LED发光原理看,与其他气体性电灯不一样,LED冷光PN结晶体管,开关多少次与影响使用寿命不大,而且其响应频率较高,大于开关时间,也就是很短的脉冲加在LED两端,它就能随之发出相应的光脉冲,若输入信号频率过高,只是影响可靠输出光信号,利用此性能广泛应用遥控器上,有效完成光电转换。只要电流在额定范围之内,驱动电源稳定开关测试就不会影响其寿命,现经实验证明开关次数基本上20-30万次以上都无一失效,由此认为开关次数多少不应来衡量其寿命,只供参考验证驱动电源可靠性或是甚至可以忽略实验。


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