大功率发光二极管技术探讨

摘要：随着LED技术研究的不断深入，大功率发光二极管在实际应用中的应用范围越来越广。文章对发光二极管的研究现状进行了介绍，尤其是现已涉及的实际应用领域，从中总结出今后大功率发光二极管的研究方向，并分析了LED的主要类型和大功率发光二极管技术的实际应用。

关键词：LED；大功率；发光二极管；照明电源；新一代灯饰；汽车用灯 文献标识码：A

中图分类号：TN312 文章编号：1009-2374（2015）27-0073-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.27.038

随着LED技术研究的不断深入，关于发光二极管技术的研究越来越多，其中一些大功率发光二极管在实际应用中的应用范围也越来越广，本文就主要对常用的大功率发光二极管技术予以简单探讨。

1 发光二极管的研究现状

LED的研究一直保持着快速平稳的发展水平，在20世纪90年代，发光二极管的研究取得了巨大的飞跃。相比于白炽灯，发光二极管的发光效率明显增强，光强达到烛光级水平。在光的颜色选择方面，发光二极管也覆盖了从红色光到蓝色光的整个可见光谱范围。这是一场伟大的技术革命，自此发光二极管从简单低级的指示灯水平，跨越到超过一般通用光源水平的另一层面上。发光二极管依靠技术突破，在各个新领域发挥了重要作用，例如交通信号灯、汽车信号灯、室外广告牌、室外大型显示屏，甚至包括一些较为特殊的照

明灯。

2 发光二极管驱动电路的种类

由于发光二极管的使用功能、使用要求、使用条件不同，发光二极管驱动电路的形式也不尽相同。一般有以下两种分类：

2.1 依据驱动源方式进行分类

若将发光二极管的驱动源方式作为分类依据，可以将其划分为这样两种类型：（1）电压源驱动的发光二极管，结构简单、便于使用是电压源驱动的优点，但它同时存在着电阻损耗大、电流调节不便等劣势。在早期，添加了镇流电阻的电压源驱动方式被广泛应用于各种设备的工作指示、电源指示上。（2）电流源驱动的发光二极管，发光二极管最理想的驱动方式是电流源驱动，主要包括三种应用方式，即加镇流电阻式、多路电流源式、高频变压器升压式。

2.2 依据负载的不同连接方式进行分类

若将发光二极管负载的不同连接方式作为主要的分类依据，可以将其划分为这样三种类型：（1）并联型，多个发光二极管并联，连接在驱动电源上，构成了发光二极管的并联连接。因为不同的发光二极管存在个性差异，因此流过每个发光二极管的电流大小不尽相同，从而导致每个发光二极管的工作特性也不相同，无法做到均匀发光。启动电压较低的发光二极管有较大的电流通过，相比较而言，亮度较大，功耗较大，极易因过载而损坏。为避免这种不安全因素，可以在每个发光二极管上串联一个小阻值的镇流电阻。（2）串联型作为最常用的连接方式，串联型连接具有突出的优势：每个发光二极管中流过的电流大小相同，发光强度一致，拥有良好的均匀性。应该重视的是，如果在同一回路中，仅有单个发光二极管发生了短路，电路电流保持不变，不会对其他发光二极管造成影响，但是，如果在同一回路中有单个发光二极管发生了断路，电路就会断开，其他发光二极管就无法正常工作。（3）串并联混合型。根据实际的工作要求、应用需要、驱动方式、现场条件等，正确合理地综合应用串并联连接方式，可以达到工作效率的最大化。

3 大功率发光二极管的应用

发光二极管的光亮度越来越高、颜色选择范围越来越广，因而也越来越广泛地应用于各个领域。较低光通量的发光二极管多应用于指示灯和显示屏，随着光通量也就是光亮度的提高，LED灯也由室内发展到室外，应用于功率信号灯、特殊照明灯等。

3.1 照明光源

发光二极管以白光形式作为照明光源，相较于一般的普通照明光源，优势显而易见。LED光源因其无红外线辐射，具有很好的隐蔽性，除此之外，发光二极管十分耐震，采用固体化的结构，便于携带，而且十分适合以蓄电池方式充电。这些优势为LED灯在照明光源的应用领域开辟了很大的空间。日常生活中的埋地灯和草坪灯早已随处可见，发光二极管还在其他方面满足着人们的照明需求，比如用作手电、学习台灯、手术医生的头灯、显微镜的视场照明、室内展览馆的照明等。

3.2 新一代灯饰

发光二极管在节能、长寿命、易驱动、易控制、可变色、可闪烁等方面有着不可超越的优势，再加上随着科技与工艺的进步，发光二极管的亮度不断提高，成本不断下降，这一切都为发光二极管进军灯饰领域铺平了道路。无论是街道、广场，还是桥梁以及高大的建筑物，随处可见用发光二极管制成的发光柱。

3.3 汽车用灯

汽车的方向灯、尾灯以及刹车指示灯，甚至包括车内照明和仪表照明，都可以采用超高亮度的发光二极管作为光源。相比于白炽灯，LED灯有很多优势，比如说寿命长、节能、耐震等。作为刹车指示灯，LED的响应时间要比白炽灯短得多，只需要60ns，白炽灯却需要140ms，显然有很大差距，这个差距在一般的高速公路上的直观体现，是4～6m的行驶距离。

3.4 交通信号灯

多年之前，发光二极管就已经作为光源应用于航标灯中，如今随着LED灯的研究发展，发光二极管早已成为道路交通信号灯中不可或缺的元器件，省电、寿命长、免维护是LED信号灯非常突出的优势特点。目前，LED灯采用的发光波长是黄色光590nm、红色光630nm、绿色光505nm。值得重视的是，为防止夏天的高温环境影响发光二极管的寿命，应注意不要使驱动电流过大。交通信号灯的应用领域还将被继续开拓，相信在不远的将来，铁路专用信号灯、机场专用信号灯也将大量采用发光二极管作为光源材料。

4 大功率发光二极管的光电特性

基瓦级白光发光二极管（LED）具有使用寿命长、环保节能等诸多的优点，这使得其在实际应用中的应用范围越来越广，对其光通量及正向电压与温度之间的关系进行简单分析，当LED在任意温度之下被额定电流下点亮时，其在该温度值之下达到热平衡之后，其光通量及正向电压会随着温度不同出现变化，如图1所示：

图1 光通量及电压与温度之间的关系

从图1中可以看出随着温度的上升，LED的光通量与电压都表现出逐渐下降的特点，对电压随着温度变化的数据进行拟合，能够得到其温度与电压之间的关系式如下所示：

式中：0.0033表示的是温度系数，也就是说温度每上升10℃，其电压值就会减小0.33V。对光通量随着温度变化的情况进行拟合，能够得到光通量与温度之间的关系式如下所示：

从上式中可以看出，温度每上升10℃，光通量的减小值为0.55lm。

5 结语

大功率发光二极管有很多优点，只有正确使用，才能充分发挥其工作效力。我们应在对LED性能特点有着充分了解和认识的基础上，进行发光二极管的研发应用。相信在不远的将来，有关发光二极管的研究项目必将取得更长足的进步。

参考文献

[1] 杨安发.定电流对LED的重要性[J].照明工程学报，2013，（9）.

[2] 周太明.白光LED驱动电路的研究及电子电路的设计[J].半导体照明的曙光，2012，（11）.

作者简介：谭学文（1982-），男，吉林通化人，供职于江苏省淮安工业中等专业学校，中教一级职称，研究方向：

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（责任编辑：黄银芳）