LED室内照明光源日光灯管的优化设计论文31166.doc

毕业设计（论文）题目： LED室内照明光源日光灯管的优化设计 毕业设计（论文）任务书I、毕业设计(论文)题目：LED室内照明光源日光灯管的优化设计II、毕 业设计(论文)使用的原始资料(数据)及设计技术要求：原始资料：参考资料设计技术要求：本课题需要学生了解室内照明光源日光灯管的要求。(1) 高效ACDC恒流供电电源设计：根据室内照明光源LED日光灯功率要求，设计出功率因数>=0.9超薄型内置式ACDC恒流供电电源。(2) 高效散热AL基线路板及 灯管外壳设计：根据光源要求设计线路板和外壳，利用热传导方式进行散热。(3) 灯具出光面罩设计：根据LED光源特点及室内照明要求设计出高透光符合室内照明要求的LED日光灯出光面罩。III、毕 业设计(论文)工作内容及完成时间：1中英文资料查找 第1周-第2周2写开题报告、英文资料翻译 第3周-第4周3. 硬件的设计与制作 第5周-第13周4. 撰写论文准备答辩 第14周-第17周 、主 要参考资料：1.（美）Abraham I. Pressman .开关电源设计（第二版）电子工业出版社.2006年.2.materials science and nanotechnology modules for teaching k-12 science university of wisconsin-madison.3. KOLLMAN R. LED的高效驱动J.电子设计应用, 2007(12): 111-114.用, 2007(12): 111-114.4. 丁建华.2006版实用开关电源设计百科全书.中国知识出版社.2006年.5. 聂蓉,陈益民,骆德汉,黄杰. 白光LED应用于室内照明的分析与探讨J. 灯与照明, 2009,(01) .6. 康华光.电子技术基础(模拟部分) M. 4版.北京:华中科技大学出版社, 1999. 系 专业类 班学生（签名）： 填写日期： 年 月 日指导教师（签名）： 助理指导教师(并指出所负责的部分)： 系主任（签名）：学士学位论文原创性声明本人声明，所呈交的论文是本人在导师的指导下独立完成的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含法律意义上已属于他人的任何形式的研究成果,也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌航空大学科技学院可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 作者签名： 日期：导师签名： 日期：LED室内照明光源日光灯管的优化设计 姓名： 班级： 指导老师：陈凤英摘要：日光灯管在日常生活中有广泛的应用，超市、学校、办公室、地铁等等，但凡能见得着的公共场所，删除都能见到日光灯的大量使用。然而传统日光灯寿命短、光衰大的缺点，但是LED日光灯确有长寿、高亮度的性能。经过长时间的大量宣传，大家均已非常认可，但花高价买回的LED日光灯管，现在很多都是走到了一个同廉价节能灯相同的处境：如何让LED使用寿命及亮度达到让使用者都满意的标准，删除如何让LED日光灯管要删除保持长寿命及高亮度，要解决的问题是：电源、LED光源、散热、安全四大关键技术。于因此，本文主要研究功率因素大于0.9的高效ACDC恒流供电电源，高效散热AL基线路板、灯管外壳以及灯具出光面罩的设计。 在恒流源电路中采用PT4107 PWM LED驱动控制器来做LED日光灯驱动电源的主芯片。在散热方面，将LED 光源灯珠的散热及电源的散热分开来，互不干扰，从而保证散热的合理性，在灯具出光面罩方面采用抛物线曲面半圆形设计，能更有效的降低光损。关键字： 恒流源 散热 出光面罩 指导老师签名： LED interior lighting design optimization of fluorescent tubes Student Name: Class: Teacher:Feng-Ying ChenAbstract:Fluorescent tube is widely used in daily life,Supermarkets, schools, office city, metro etc. There is an extensive use of fluorescent in whatever a public place. We have a very recognized that the saving performance of led fluorescent lamp energy after a long a lot of publicity.However, it takes a higher price back to the LED fluorescent tube and many are reached a low-cost energy-saving lamps with the same situation:how to make LED service life and brightness of the standard users are satisfied and LED fluorescent tube to maintain long life and high brightness. The problem to solve is four key technologies such as power supply, LED light, heat and security. So in this paper,the power design of efficient constant current for AC-DC and the power factor greater than 0.9.AL-based circuit board cooling efficiency,lamp housing design and lighting design of a light mask. In the constant current source circuit,it takes PT4107 PWM LED driver controller to make LED fluorescent lamp drive power of the main chip.Design of a better application of the circuit program.In consideration in the heat,The LED light source lamp beads cooling heat and power separately without disturbing each other, so as to ensure the reasonableness of heat.In the light the light mask parabolic surface area designed to more effectively reduce the optical loss.Keywords: constant current source cooling light maskSignature of supervisor:目 录1 引言12 普通日光灯22.1 普通日光灯的工作原理22.2 日光灯的启辉过程32.3 LED日光灯的工作原理32.3.1 发光原理32.3.2 发光效率32.3.3 电学特性42.3.4 光学特性52.3.5 热学特性5 2.4 普通日光灯与LED日光灯的对比5 2.5 LED与传统光源相比的显著特性83 LED日光灯的优化设计103.1设计因素103.1.1电源103.1.2 散热113.1.3 安全133.2 Led电源驱动控制器133.3 高效ACDC恒流供电电源设计153.4 高效散热AL基线路板及灯管外壳设计183.5 灯具出光面罩设计194 结论22参考文献23致谢24LED室内照明光源日光灯管的优化设计1 引言传统的荧光日光灯其电源的利用率并不理想：附加镇流器功耗较大，开启时需要辅助高压；日光灯管内置的水银在废弃时无法处理，成为污染环境的公害。日光灯管的荧光粉在充入日光灯管过程中，含有较多量的汞(水银)，因此日光灯管破裂后，跑出来的水银蒸气对人体的危害较大。LED光源诞生之时即被用来做各类灯具的发光光源。0.06W的白光LED草帽灯、食人鱼是最早被用在LED日光灯的发光灯条上的。每个LED日光灯管使用数量不等，约280-360颗。现在新一代的LED日光灯发光灯条使用从0.06W到1W、显色为纯白、青白、暖白、冷白的贴片LED平面光源。节能省电是LED日光灯的最大特点。以T8日光灯为例，标称36W的荧光日光灯(CFL)，其附加镇流器耗电8W，工作时实际耗电44W，照亮流明为420lm，使用寿命3千小时。而同样规格的LED日光灯，工作时实际耗电仅16W，照亮流明为550lm，使用寿命可达3万小时2 普通日光灯2.1普通日光灯的工作原理图1 日光灯组成电路镇流器 启辉器灯管电容器日光灯的构造日光灯电路由灯管、镇流器、启辉器以及电容器等部件组成（见图1），各部件的结构和工作原理如下。1、灯管日光灯管是一根玻璃管，内壁涂有一层荧光粉（钨酸镁、钨酸钙、硅酸锌等），不同的荧光粉可发出不同颜色的光。灯管内充有稀薄的惰性气体（如氩气）和水银蒸汽，灯管两端有由钨制成的灯丝，灯丝涂有受热后易于发射电子的氧化物。当灯丝有电流通过时，使灯管内灯丝发射电子，还可使管内温度升高，水银蒸发。这时，若在灯管的两端加上足够的电压，就会使管内氩气电离，从而使灯管由氩气放电过渡到水银蒸气放电。放电时发出不可见的紫外光线照射在管壁内的荧光粉上面，使灯管发出各种颜色的可见光线。2、镇流器镇流器是与日光灯管相串联的一个元件，实际上是绕在硅钢片铁心上的电感线圈，其感抗值很大。镇流器的作用是：限制灯管的电流；产生足够的自感电动势，使灯管容易放电起燃。镇流器一般有两个出头，但有些镇流器为了在电压不足时容易起燃，就多绕了一个线圈，因此也有四个出头的镇流器。3、启辉器启辉器是一个小型的辉光管，在小玻璃管内充有氖气，并装有两个电极。其中一个电极是用线膨胀系数不同的两种金属组成（通常称双金属片），冷态时两电极分离，受热时双金属片会因受热而变弯曲，使两电极自动闭合。4、电容器日光灯电路由于镇流器的电感量大，功率因数很低，在0.50.6左右。为了改善线路的功率因数，故要求用户在电源处并联一个适当大小的电容器。2.2日光灯的启辉过程当接通电源时，由于日光灯没有点亮，电源电压全部加在启辉光管的两个电极之间，启辉器内的氩气发生电离。电离的高温使到“U”型电极受热趋于伸直，两电极接触，使电流从电源一端流向镇流器灯丝启辉器灯丝电源的另一端，形成通路并加热灯丝。灯丝因有电流（称为启辉电流或预热电流）通过而发热，使氧化物发射电子。同时，辉光管两个电极接通时，电极间电压为零，启辉器中的电离现象立即停止，例“U”型金属片因温度下降而复原，两电极离开。在离开的一瞬间，使镇流器流过的电流发生突然变化（突降至零），由于镇流器铁心线圈的高感作用，产生足够高的自感电动势作用于灯管两端。这个感应电压连同电源电压一起加在灯管的两端，使灯管内的惰性气体电离而产生弧光放电。随着管内温度的逐渐升高，水银蒸汽游离，碰撞惰性气体分子放电，当水银蒸汽弧光放电时，就会辐射出不可见的紫外线，紫外线激发灯管内壁的荧光粉后发出可见光。正常工作时，灯管两端的电压较低（40瓦灯管的两端电压约为110伏，20瓦的灯管约为60伏），此电压不足以使启辉器再次产生辉光放电。因此，启辉器仅在启辉过程中起作用，一旦启辉完成，便处于断开状态。2.3 LED日光灯的工作原理2.3.1 发光原理PN结的端电压构成一定势垒，当加正向偏置电压时势垒下降，P区和N区的多数载流子向对方扩散。由于电子迁移率比空穴迁移率大得多，所以会出现大量电子向P区扩散，构成对P区少数载流子的注入。这些电子与价带上的空穴复合，复合时得到的能量以光能的形式释放出去。这就是PN结发光的原理。2.3.2 发光效率一般称为组件的外部量子效率，其为组件的内部量子效率与组件的取出效率的乘积。所谓组件的内部量子效率，其实就是组件本身的电光转换效率，主要与组件本身的特性（如组件材料的能带、缺陷、杂质）、组件的垒晶组成及结构等相关。而组件的取出效率则指的是组件内部产生的光子，在经过组件本身的吸收、折射、反射后，实际在组件外部可测量到的光子数目。因此，关于取出效率的因素包括了组件材料本身的吸收、组件的几何结构、组件及封装材料的折射率差及组件结构的散射特性等。而组件的内部量子效率与组件的取出效率的乘积，就是整个组件的发光效果，也就是组件的外部量子效率。早期组件发展集中在提高其内部量子效率，主要方法是通过提高垒晶的质量及改变垒晶的结构，使电能不易转换成热能，进而间接提高LED的发光效率，从而可获得70%左右的理论内部量子效率，但是这样的内部量子效率几乎已经接近理论上的极限。在这样的状况下，光靠提高组件的内部量子效率是不可能提高组件的总光量的，因此提高组件的取出效率便成为重要的研究课题。目前的方法主要是：晶粒外型的改变TIP结构，表面粗化技术。2.3.3 电学特性1、I-V特性I-V特性曲线(见图2)表征LED芯片pn结制备性能主要参数。LED的I-V特性具有非线性、整流性质：单向导电性，即外加正偏压表现低接触电阻，反之为高接触电阻。图2：I-V特性曲线 2、 C-V特性 鉴于LED 的芯片有9×9mil (250×250um)，10×10mil，11×11mil (280×280um)，12×12mil (300×300um)，故pn 结面积大小不一，使其结电容（零偏压）Cn+pf左右。C-V 特性呈二次函数关系（如图3）。由1MHZ 交流信号用C-V 特性测试仪测得。           图3：C-V特性曲线电流控制型器件，负载特性类似PN结的UI曲线，正向导通电压的极小变化会引起正向电流的很大变化（指数级别），反向漏电流很小，有反向击穿电压。在实际使用中，应选择 。LED正向电压随温度升高而变小，具有负温度系数。LED消耗功率 ，一部分转化为光能，这是我们需要的。剩下的就转化为热能，使结温升高。2.3.4 光学特性LED提供的是半宽度很大的单色光，由于半导体的能隙随温度的上升而减小，因此它所发射的峰值波长随温度的上升而增长，即光谱红移，温度系数为+23A/ 。LED发光亮度L与正向电流 近似成比例： ，K为比例系数。电流增大，发光亮度也近似增大。另外发光亮度也与环境温度有关，环境温度高时，复合效率下降，发光强度减小。2.3.5 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IF10mA，或者1020 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p 就会向长波长漂移，BO 也会下降，尤其是点阵、大显示屏的温升对LED 的可靠性、稳定性影响应专门设计散射通风装置。2.4 普通日光灯与LED日光灯的对比1、普通日光灯 普通日光灯两端各有一灯丝，灯管内充有微量的氩和稀薄的汞蒸气，灯管内壁上涂有萤光粉，两个灯丝之间的气体导电时发出紫外线，使萤光粉发出柔和的可见光。 普通日光灯工作特点：灯管开始点燃时需要一个高电压，正常发光时只允许通过不大的电流，这时灯管两端的电压低于电源电压。普通日光灯管两端装有灯丝，玻璃管内壁涂有一层均匀的薄萤光粉，管内被抽成真空度10-3-10-4毫米汞柱以后，充入少量惰性气体，同时还注入微量的液态水银。电感镇流器是一个铁芯电感线圈，电感的性质是当线圈中的电流发生变化时，则在线圈中将引起磁通的变化，从而产生感应电动势，其方向与电流的方向相反，因而阻碍着电流变化。起辉器在电路中起开关作用，它由一个氖气放电管与一个电容并联而成，电容的作用为消除对电源的电磁的干扰并与镇流器形成振荡回路，增加启动脉冲电压幅度。放电管中一个电极用双金属片组成，利用氖泡放电加热，使双金属片在开闭时，引起电感镇流器电流突变并产生高压脉冲加到灯管两端。当普通日光灯接入电路以后，起辉器两个电极间开始辉光放电，使双金属片受热膨胀而与静触极接触，于是电源、镇流器、灯丝和起辉器构成一个闭合回路，电流使灯丝预热，当受热时间1-3秒后，起辉器的两个电极间的辉光放电熄灭，随之双金属片冷却而与静触极断开，当两个电极断开的瞬间，电路中的电流突然消失，于是镇流器产生一个高压脉冲，它与电源叠加后，加到灯管两端，使灯管内的惰性气体电离而引起弧光放电，在正常发光过程中，镇流器的自感还起着稳定电路中电流的作用。2、LED日光灯 LED日光灯以质优、耐用、节能为主要特点，投射角度调节范围大，15W的亮度相当于普通40W日光灯。抗高温、防潮防水、防漏电。 使用电压有:110V、220V可选，外罩可选玻璃或PC材质。灯头与普通日光灯一样。LED日光灯采用最新的LED光源技术，数位化外观设计，节电高达70%以上，12W的LED日光灯光强相当于40W的日光灯管LED日光灯寿命为普通灯管的10倍以上，几乎免维护，无须经常更换灯管、镇流器、启辉器。绿色环保的半导体电光源，光线柔和，光谱纯，有利于使用者的视力保护及身体健康。6000K的冷光源给人视觉上清凉的感受，人性化的照度差异设计，更有助于集中精神，提高效率。LED制作而成的日光灯管，外观结构同传统日光灯管相同，而日光管内部不同，管内选用了半导体固态发光器件-LED发光二极管。 1、 LED日光灯的特点 1）、环保灯具,保护地球传统的日光灯中含有大量的水银蒸汽，如果破碎水银蒸汽则会挥发到大气中。但LED日光灯则根本不使用水银，且LED产品也不含铅，对环境起到保护作用。LED日光灯 公认为二十一世纪的绿色照明。 2）、高效转换,减少发热传统灯具会产生大量的热能，而LED灯具则是把电能全都转换为光能，不会造成能源的浪费。 而且对文件，衣物也不会产生退色现象。 3）、清静舒适,没有噪音 LED灯具不会产生噪音，对于使用精密电子仪器的场合为上佳之选。适合于图书馆，办公室之类的场合。 4）、光线柔和,保护眼睛 传统的日光灯使用的是交流电，所以每秒钟会产生100120次的频闪。LED灯具是把交流电直接转换为直流电，不会产生闪烁现象，保护眼睛。5）、无紫外线,没有蚊虫LED灯具不会产生紫外线，因此不会象传统的灯具那样，有很多蚊虫围绕在灯源旁。室内会变得更加干净卫生整洁。 6）、电压可调80V245V传统的日光灯是通过整流器释放的高电压来点亮的，当电压降低时则无法点亮。而LED灯具在一定范围的电压之内都能点亮，还能调整光亮度。 7）、节省能源,寿命更长LED日光灯的耗电量是传统日光灯的三分之一以下，寿命也是传统日光灯的10倍，可以长期使用而无需更换，减少人工费用。更适合于难于更换的场合。 8）、坚固牢靠,长久使用. LED灯体本身使用的是环氧树脂而并非传统的玻璃，更坚固牢靠，即使砸在地板上LED也不会轻易损坏，可以放心地使用。通过LED日光灯属性特点与普通日光灯属性特点对比做如下比较：LED日光灯与传统日光灯比较（500盏为例）灯 具LED日光灯传统40W日光灯常用外型结构T8/120mm和T8/60mmT8/120mm和T8/60mm安装方式传统灯架去掉起辉器传统灯架单灯实际总功耗20W/10W48W/24W光源利用率前照发光，直接照射，基本没有光损，灯具无特殊要求全度发光，无用光的损失较大，灯具要求有反射面频闪无 随交流电变化旧灯明显，视觉容易疲劳，移动物体有拖尾、重影现象。使用寿命50000小时以上（实际）100000小时以上（理论）最高档的约10000小时，一般为3000小时色温和显色性常用正白光，可以制造不同的色温显色指数一般在70以上光色正白，显色性一般70照度（2米距离）110lux(120mm)85lux(120mm)每日24小时用电总量240度/120度（500盏）576度/288度（500盏）每年消耗电能87600KWH / 43800 KWH210240KWH / 105120 KWH每年电费（0.8元/度）7.008万/3.504万168.192万/8.4096万能源消耗比12.4电缆铺设费用约19元/米约96元/米初装费用约24万/14万约5.2万年维修费用（材料费）010*500=5000元当年可节省费用约161.19万/4.91万第三年可节省费用约483.57万/14.732.5 LED与传统光源相比的显著特性LED光源光源项目介绍 LED（Light Emitting Diode）是半导体发光器件，能让通过很小的电流几乎全部转化成可见光。 高光效 LED光效达50200流明/瓦，光谱窄，单色性好，几乎所有发出的光都可利用，且无需过滤直接发出色光。 高节能 具有电压低、电流小、亮度高的特性。一个1012瓦的LED光源发出的光能与一个35150瓦的白炽灯发出的光能相当。同样照明效果LED比传统光源节能80%90%。 光色多 可以选择白色或彩色光，红色、黄色、蓝色、绿色、黄绿色、橙红色等，并可根据需要制造出多色组合和循环变色的艳丽灯饰。 安全性高 LED光源使用低电压驱动, 发光稳定，无污染，没有50HZ，没有频闪，没有紫外线B波段，表色颜体 Ra值接近100，色温5000K，最接近太阳色温5500K。 设计形状的多样性 国产LED光源由许多单个LED发光管组合而成的，超宇公司生产的LED光源是芯片光源，因而比其他光源可做成更多的形状，更容易针对用户的情况，设计光源的形状和尺寸。 寿命长 LED利用固态半导体芯片将电能转化为光能，外加环氧树脂封装，可承受高强度机械冲击，LED单管寿命10万小时，光源寿命在2万小时以上，按每天工作12小时寿命也在5年以上，维护费用低。 快速响应 LED发光管响应时间很短，能按要求保证多个光源之间或一个光源不同区域之间的工作切换。采用专用电源给LED光源供电时，达到最大照度的时间小于10ms。 灯具结构合理 LED灯具将彻底改变灯具的结构，根据不同的专业使用要求，LED灯具的结构在提高初始亮度的条件下，经过稀土再次提高亮度，经过光学镜片的提高，其发光亮度得到再提高。 运行成本低 其他光源不仅耗电是LED光源的210倍，而且几乎每月都要更换一些，浪费了维修工程师许多宝贵的时间。而且投入使用的光源越多，在器件更换和人工方面的花费就越大，初次投资的节省很快会被日常的维护、维修费用抵消。因此选用使用寿命长的LED光源从长远看是很经济的。3 LED日光灯的优化设计3.1设计因素3.1.1电源电源首要的要求是效率高，效率高的产品，发热就低则稳定性就必然高。通常在电源部分有用隔离及非隔离两种方案，隔离的体积偏大，效率较低，在使用中，安装方面都会产生很多问题，不如非隔离产品的市场前景大，在此我们主要讨论非隔离的驱动方案。 非隔离的使用的LED 日光灯电源，A704WFT的MOS 管外挂，其基本线路如图4所示： 图4： A704WFT非隔离LED 日光灯电源电源特性：1、市电供电（85265V），外置MOS，功率不受限制；2、低功耗，效率高，功率因数高；3、具负载开路和短路保护、输出过压保护功能，电流纹波特性好，输出电流近似DC直流，无灯 闪现象，负载能力高，能驱动高达600mA的电流；4、15W的标准电路,效率88%，功率因数091，可以通过CE认证，包括EN55015的EMI测试，照明灯具25W以下C类谐波标准，EFT的1000V脉冲群测试，ESD的2000V静电测试。15串应用可以输出端低电压控制，无需使用传统大颗电容器，可很好控制电流的输出谐波；5、A704的LED日光应用方案比较成熟可靠3.1.2 散热热对LED影响分析及不同材质LED的温度系数LED-冷光源1、LED的发光原理是电子与空穴经过复合直接发出光, 过程中不需要热量, LED可以称为冷光源2、LED的发光需要电流驱动, 输入LED的电能中, 只有约15%有效转化为光, 大部分(约85%)因无效而转化为热3、LED发光过程中会产生热量, LED并非不会发热的冷光源热对LED性能和结构的影响1、LED发光产生的热量和工作环境温度(Ta)有关, 将引起LED芯片结点温度Tj的变化, LED是温度敏感器件, 当温度变化时, LED的性能和封装结构都会受到影响, 从而影响LED的可靠性2、热量集中在尺寸很小的LED芯片内, 若无有效排出热量, 芯片温度升高, 引起热应力的非均匀分布, 芯片发光效率和荧光粉激射效率下降3、当LED芯片温度超过一定值时, 器件失效率呈指数规律增加, 统计数据表明, 组件温度每上升2,可靠性下降10%4、当多个LED密集排列组成白光照明系统时, 热量的耗散问题更严重5、热将影响LED驱动器的效率, 损害磁性组件及输出电容器等的寿命, 使LED驱动器的可靠度降低(一般半导体组件的工作温度需控制在80°C以下)6、典型的LED由光学透明的环氧树脂封装, 温度升高到环氧树脂玻璃转换温度Tg时, 环氧树脂由刚性材料转换成弹性材料, 热膨胀系数(CTE)会有很大变化, 封装树脂在温度变化的过程中,膨胀和收缩加剧,这将导致金线(或铝线)键合点位移增大,金线(或铝线)过早疲劳和损坏,造成LED开路和突然失效, 为了避免LED突然失效, LED结点温度应该始终保持在封装树脂的Tg以下光通量Fv与结点温度Tj的关系v(Tj2)= v(Tj1)e(-kTj)其中: v(Tj1)=结点温度Tj1时的光通量v(Tj2)=结点温度Tj2时的光通量Tj= Tj2 - Tj1 , k =温度系数不同材质类别LED的温度系数 （见表1）表1不同材质类别LED的温度系数LED材质类别温度系数 kAlInGaP/GaAs橙红色9.52´10-3AlInGaP/GaAs黄色1.11´10-2AlInGaP/GaP高亮红9.52´10-3AlInGaP/GaP黄色9.52´10-21、大功率LED应用光效低形成商品化的3瓦以上大功率发光二极体发光效率低,低于光效每瓦100流明以上的高强度气体放电灯,也低于每瓦60流明以上的稀土三基色萤光灯。说半导体照明省电、节能,实际上只是在微小功率范围内成立,以目前的技术用半导体光源做大功率照明灯具时和现有高效光源相比并不会节省多少电能,反而初次投入成本很高。2、大功率LED价格较高。1瓦的大功率白光LED的市场价格约是传统光源价格的十几倍到几十倍。3、光效低,输入的电能大量的转变成了热能。发光管是冷光源仅仅是指发光体本身不是灼热体,但是大电流在半导体材料上产生的电阻热还是会使发光管产生较高的温度,而由半导体材料制作的发光二极体不耐高温,过热会使其使用寿命大幅度降低,用散热器散热增加了灯具的体积,使半导体光源体积小、重量轻的优势消失。4、光斑,由于白光LED本身制造工艺上缺陷加上与反射杯或透镜的配合误差,容易造成黄圈问题。将红外线辐射散热引入并应用于日光灯管，是提高灯管使用寿命的重要手段。在散热考虑中，我们将LED 光源灯珠的散热及电源的散热分开来，互不干扰，从而保证散热的合理性。热传导的途径有三种注意空格，对流、传导及辐射。在封闭的环境中，对流及传导实现的可能较小，而通过辐射将热散发出来，是日光灯管考虑的重点。以下是我们做的LED 日光灯管的测试数据，在LED 银脚焊点外测出的温度才58度。表2测试报告测试LED灯光源点温度1光源点温度2光源点温度3铝基板温度1铝基板温度2铝基板温度3灯管内温度起始环境温度结束环境温度预热时间测试时间分钟分钟无散热器62.46260.34362.80159.08657.25458.83142.0331.60131.8923060有散热器58.61855.9558.89155.66453.13455.67140.21331.20131.1233060降低6.5%7.85%6.64%6.15%7.75%5.68%4.52%1.28%2.47%表2数据为输入功率为：11.2瓦，光通量在：890LM时的测试报告。最高管内温度为40.213度，这样的温度让电源的电容器能长时间从容的工作，从而保证了电源的长寿命使用。3.1.3 安全安全，这里主要说PC 阻燃塑胶管，因为红外线散热能穿透PC 管，则我们设计考虑LED 灯使用时，能更多的考虑其安全性，用全塑的物理绝缘方式，即使在使用非隔离的电源也能绝对的保证使用的安全性。LED 日光灯的发展已有相当长的时间了，从节能的效果来看，它的未来应用面是相当广阔的，除了节能，其安全、长寿命的使用是我们更应该关注的。安全！在LED日光灯的的设计中是第一要素，使用PC 阻燃材料的日光灯，在解决了安全问题后，如何提高寿命。3.2 Led电源驱动控制器LED日光灯的LED灯条电源驱动方案有很多种，目前非隔离方案因其效率高而占主流，而用PWM LED驱动控制器来做LED日光灯驱动电源的又占绝大多数。PT4107是一个典型的PWM LED驱动控制器，其内部拓扑结构如图5。图5：pt4107内部拓扑结构PT4107是一款高压降压式PWM LED驱动控制器，通过外部电阻和内部的齐纳二极管，可以将经过整流的110V或220V交流电压箝位于20V。当Vin上的电压超过欠压闭锁阈值18V后，芯片开始工作，按照峰值电流控制的模式来驱动外部的MOSFET。在外部MOSFET 的源端和地之间接有电流采样电阻，该电阻上的电压直接传递到PT4107芯片的CS端。当CS端电压超过内部的电流采样阈值电压后，GATE端的驱动信号终止，外部MOSFET关断。阈值电压可以由内部设定，或者通过在LD端施加电压来控制。如果要求软启动，可以在LD端并联电容，以得到需要的电压上升速度，并和LED电流上升速度相一致。PT4107的主要技术特点：从18V到450V的宽电压输入范围，恒流输出；采用频率抖动减少电磁干扰，利用随机源来调制振荡频率，这样可以扩展音频能量谱，扩展后的能量谱可以有效减小带内电磁干扰，降低系统级设计难度；可用线性及PWM调光，支持上百个0.06W LED的驱动应用，工作频率25kHz-300kHz，可通过外部电阻来设定。PT4107封装如图6，各引脚功能如下：1、GND 芯片接地端；2、CS LED峰值电流采样输入端；3、LD 线性调光接入端；4、RI 振荡电阻接入端；5、ROTP 过温保护设定端；6、PWMD PWM调光兼使能输入端，芯片内部有100K上拉电阻；7、VIN 芯片电源端；8、GATE 驱动外挂MOSFET栅极；图6：PT4107封装3.3 高效ACDC恒流供电电源设计以AC 85V245V全电压输入，采用PT4107 PWM LED驱动控制器来做LED日光灯驱动电源的主芯片，设计一个比较理想的应用电路方案（如图7所示）。该方案由全电路由抗浪涌保护、EMC滤波、全桥整流、无源功率因素校正(PFC)、降压稳压器、PWM LED驱动控制器、扩流恒流电路组成。图7：全电压20W日光灯开关恒流源方案图按此理念，设计成的全电压20W日光灯开关恒流源电原理图如图8所示。从AC 220V看进去，交流市电入口接有1A保险丝FS1和抗浪涌负温度系数热敏电阻NTC，之后是EMI滤波器，由L1、L2和CX1组成。BD1是整流全桥，内部是4个高压硅二极管。C1、C2、R1、D1D3组成无源功率因数校正电路。PT4107芯片由T1、D4、C4、R2R4组成的电子滤波器降压稳压后供电，这个滤波器输入阻抗很高，输出阻抗很小，整流后近300V直流高压经此三极管降压向PT4107 Vin提供约1820V稳定电压，确保芯片在全电压范围里稳定工作。这个电路不像先前方案的电阻降压电路那样耗能而发烫。PWM控制芯片U1(PT4107)和功率MOS管Q1、镇流功率电感L3、续流二极管D5组成降压稳压电路，U1采集电流采样电阻R6R9上的峰值电流，由内部逻辑在单周期内控制GATE脚信号的脉冲占空比进行恒流控制。输出恒流与D5、L3的续流电路合并向LED光源恒流供电，改变电阻R