LED的驱动电路研究设计.doc

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1、 本科毕业论文（设计）题 目 LED的驱动电路研究设计 院（系） 电子工程与电气自动化学院 专 业 电子科学与技术 学生姓名 刘世旺 学 号 09026013 指导教师 鲁业频 职称 教授 论文字数 完成日期:2013年 5月 20日巢湖学院本科毕业论文(设计)诚信承诺书本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文(设计)，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本人签名： 日期： 巢湖学院本科毕业论文

2、(设计)使用授权说明本人完全了解巢湖学院有关收集、保留和使用毕业论文 (设计)的规定，即：本科生在校期间进行毕业论文(设计)工作的知识产权单位属巢湖学院。学校根据需要，有权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，允许毕业论文 (设计)被查阅和借阅；学校可以将毕业论文(设计)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、汇编毕业，并且本人电子文档和纸质论文的内容相一致。保密的毕业论文(设计)在解密后遵守此规定。本人签名： 日期： 导师签名： 日期： LED的驱动电路研究设计摘要由于LED（发光二极管）具有体积小、成本低、寿命长等优点，所以其逐渐广泛应

3、用于社会各个领域。LED的应用离不开它所需要的驱动控制电路，通过驱动电路来获得良好而平稳的电流，满足各种场合的应用需求。LED不能像普通白炽灯一样直接用电压源供电，否则电压波动稍增，电流就会增大到将LED烧毁的程度。本文从LED的发展及其应用领域出发，介绍了LED的特点和特性参数。又对LED的典型驱动电路、集成驱动电路进行了研究。从LED的驱动电路入手，设计了一款LED循环灯，并基于芯片LM358设计了一款声控旋律灯实用驱动电路，在理论上和实验中进行了分析研究，阐述了其原理，从实验的角度论证了的可行性和必要性。 关键词：发光二极管；驱动电路；灯The Study of the LEDS Dri

4、ver CircuitAbstractBecause LED has the advantages of small volume, low cost, long service life etc. So it has been widely applied to each field of the society. The application of LED cannot do without the drive control circuit what it needs, through the drive circuit to obtain good and steady curren

5、t, to meet the application requirements of various occasions. LED does not like ordinary incandescent lamp directly with voltage source, otherwise the voltage fluctuation increases slightly, the electric current will increase to the intensity of burning LED. In this paper, from the development of LE

6、D and its application in the field of view, characteristics and parameters of LED are introduced. The LED typical drive circuit, integrated drive circuit were studied. Starting from the LED driving circuit, design a LED lamp, and based on the chip LM358 designed a voice melody lamp drive circuit, ar

7、e analyzed and studied in theory and experiment, elaborated its principle, feasibility and necessity from the experimental point of view.Keywords：light emitting diodes, drive circuit, lamp目录摘要IAbstract11 引言111研究的意义及主要研究内容11.2 LED的发展现状2121 LED的发展2122 LED的应用领域32 LED原理521 LED发光原理与结构522 LED的主要参数与特性7221

8、单向导电性7222 V-I特性8223 PN结的反向击穿8224 极间电容923 LED的优缺点10231 LED的优点10232 LED存在的问题113 LED驱动电路的研究1231 LED驱动技术12311电路组成12312电路性能分析12313 驱动器的选择1332典型LED驱动电路的研究14321电容降压电路14322 PWM驱动白光LED1533 LED集成驱动电路的研究15331 LM3404驱动电路15332 CAT4016驱动白光LED电路17333 MAX1910/MAX1912电荷泵驱动白光LED的电路174 LED驱动电路的设计1841 LED 循环灯18411 循环灯电

9、路的设计18412循环灯的制作及测试1942 声控旋律灯的设计20421 LED旋律灯简介20422基于LM358的声控旋律灯的设计20423驱动电路的测试215 结论22参考文献1致谢11 引言LED(发光二极管)，它是一种能把电能直接转换成光能的特殊半导体器件。LED具有体积小，结构简单，耗电少，寿命长，造价低，电流相对恒定等优点，是一种应用广泛的重要光源。随着现代社会经济的发展，它的应用随需求而变得不断增大，它已经广泛地应用于电信、交通、金融、邮政、广告等各个行业。LED是半导体二极管的一种，而二极管的核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片，在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层

10、，称为PN结，PN结具有单向导电性。PN结加正向电压时，电阻值很小，PN结导通；加反向电压时，电阻值很大，PN结截止。所以LED不能像普通白炽灯一样直接用电压源直接用电压源供电，否则电压波动稍增，电流就会增大到将LED烧毁的程度。LED的应用离不开它所需要的驱动控制电路，通过驱动电路来获得良好而平稳的电流，使LED显示更加均匀、漂亮，满足各种场合的应用要求。11研究的意义及主要研究内容目前来看，LED毕竟是一种新的材料和技术，掌握核心发光芯片制造技术的只有美要国和日本少数几个国家，高昂的价格让LEO灯进入家庭照明还需一定时日，但这不能否定LED极其广阔的发展前景。不仅如此，由于其本身具有的优良

11、特性，LED光源在很多领域具有着其他光源无法替代的优势。LED灯就可以说是无处不在的。但是和世界LED灯产业比较发达的地区相比，我们在产业规模、产能和技术上都还处于一个比较下游的阶段，例如中国大陆现在每年的产值约15亿美元，不到台湾(2004年30亿美元)的一半，比不上日本日亚化工一个企业(2004年20亿美金)。黄振春说： “即使这样，我们的市场空间还是很大的。LED灯照明产品的应用可以说是五花八门，只要有光的地方都可以用LED。最大的市场就是照明灯，如果把上千亿的照明灯都用LED灯代替的话，这个市场的空间是不可估量的竹【13】。研制一种新型LED光源代替传统白炽灯光源具有很大的实际意义。

12、本课题的主要研究内容包括：无论那种电源，都不可能直接给LED供电，所以，要应用LED做照明光源，就要解决电源变换的问题。因此本论文首先介绍了LED照明的特点和LED光学特性参数。其次从LED的驱动电路入手。详细的对现有的照明驱动电路进行了分析，实际设计了一款展台用珠宝照明灯的实用驱动电路和汽车照明光源，在理论上和实验中对LED代替传统光源进行了分析。选用合适的LED灯透镜，整灯装配，并同实际测量结果进行了对比，使最终的结果具有实用性。最后，完成了芯片的测试工作。理论分析和芯片测试数据。1.2 LED的发展现状121 LED的发展随着社会的不断发展，对能源的需求越来越大，能源危机加重。节能已经成

13、为衡量各项技术的关键指标，寻找节能的方式势在必行。照明是人类消耗能源的重要方面，某媒体报道数据显示，使用固体光源LED代替传统的白炽灯照明，将节约全球照明能耗的50%以上。1962年，GE、Monsanto、IBM的联合实验室开发出了发红光的磷砷化镓（GaAsP）半导体化合物，从此可见光发光二极管步入商业化发展进程。随后经世界各国的努力研究，便成产出商用化红色LEDGaP绿色芯片、LEDAlGaAsLED、GaN基片上研制出的第一只蓝色发光二极管等等。 LED发展历史已经几十年，但在照明领域的应用还是新技术。近几年来，随着人们对半导体发光材料研究的不断深入，LED制造工艺的不断进步和新材料（氮

14、化物晶体和荧光粉）的开发和应用，各种颜色的超高亮度LED取得了突破性进展，其发光效率提高了近1000倍，色度方面已实现了可见光波段的所有颜色，其中最重要的是超高亮度白光LED的出现，使LED应用领域跨越至高效率照明光源市场成为可能。白光LED的光谱几乎全部集中于可见光频段，其发光效率可超过150lm/W（2010年）。将LED与普通白炽灯、螺旋节能灯及T5三基色荧光灯进行对比，结果显示：普通白炽灯的光效为12lm/W，寿命小于2000小时，螺旋节能灯的光效为60lm/W，寿命小于8000小时，T5荧光灯则为96lm/W，寿命大约为10000小时，而直径为5毫米的白光LED光效理论上可以超过15

15、0lm/W，寿命可达到100000小时。有人还预测，未来的LED寿命上限将无穷大。随着LED散热技术的改进，室外照明LED灯、投光灯等大功率LED照明灯具已经实现工业化生产并开始被大量应用。对色温和显色性要求很高的室内照明的舞台灯、影棚灯等也已实现量产并投入应用。适用范围最大、用量也最大的通用照明的T8、T5、T4灯管和代替白炽灯和节能灯的螺口球泡灯已形成系列化，使用寿命已高达5万小时。LED的应用市场将更加广泛，特别在全球能源短缺的忧虑再度升高的背景下，LED在照明市场的前景更备受全球瞩目，被业界认为在未来10年成为最被看好的市场以及最大的市场将是取代白炽灯、钨丝灯和荧光灯的最大潜力商品。曾

16、经有人指出，高亮度LED将是人类继爱迪生发明白炽灯泡后，最伟大的发明之一。目前LED在国内发展迅速，但企业规模偏小，产业链不完整。我国的LED产业起步于20世纪70年代，经过40余年的发展，现已形成上海、大连、南昌、厦门、深圳、扬州和石家庄7个国家半导体照明工程产业化基地，产品广泛应用于景观照明和普通照明领域，我国已成为世界第一大照明电器生产国和第二大照明电器出口国。据2013-2017年中国LED照明产业市场前瞻与投资战略规划分析报告分析认为，LED照明市场一直被认为是LED最重要、最具发展前景的应用。总体来看，宏观环境对于LED照明应用的发展非常有利，主要表现为：1)节能减排成为全球关注的

17、议题并得到积极推进;2)传统光源技术成长缓慢，面临发展瓶颈;3)LED照明技术进步与成本不断降低，长期市场障碍已不大。122 LED的应用领域LED光源与传统光源相比较，具有如下的优点：超长寿命，可达几万小时，传统光源一般为几千小时；结构坚固，没有钨丝、玻壳等容易损坏的部件，具有极高的抗震性能；响应速度快，光通上升时间短；对点灯线路要求低，易实现调光和智能控制；耐开关冲击，适用于频繁开关场合；高效节能，现有光效已经超过白炽灯，理论光效可达2001mW；不含汞、铅等有害物质，没有污染，绿色环保。作为光电产业近年来最热门的领域，2012年，我国LED应用领域规模达2340亿，总体比前年增长了34%

18、。预计2013年可达3000亿以上，每年至至少以30%的速度增长其中，商业、家居、道路等功能照明占比15%，市场规模达450亿；显示屏占比10%，规模达300亿；景观照明占20%，规模600亿。LED照明发展迅猛，尽管经历种种困扰，但随着技术不断革新，市场应用愈加拓宽。数据显示，2012年，LED的应用领域包括:(1) 建筑物外观照明对建筑物某个区域进行投射，无非是使用控制光束角的圆头和方头形状的投光灯具，这与传统的投光灯具概念完全一致。但是，由于光源小而薄，线性投射灯具的研发无疑成为投射灯具的一大亮点，因为许多建筑物根本没有出挑的地方放置传统的投光灯。它的安装便捷，可以水准也可以垂直方向安装

19、，与建筑物表面更好地结合，为照明设计师带来了新的照明语汇，拓展了创作空间。并将对现代建筑和历史建筑的照明手法产生了影响。(2) 景观照明由于不像传统灯具光源多是玻璃泡壳，它可以与城市街道家具很好的有机结合。可以在城市的休闲空间如路径、楼梯、甲板、滨水地带、园艺进行照明。对于花卉或低矮的灌木，可以使用作为光源进行照明。隐藏式的投光灯具会特别受到青睐。固定端可以设计为插拔式，依据植物生长的高度，方便进行调节。(3) 标识与指示性照明需要进行空间限定和引导的场所，如道路路面的分隔显示、楼梯踏步的局部照明、紧急出口的指示照明，可以使用表面亮度适当的自发光埋地灯或嵌在垂直墙面的灯具，如影剧院观众厅内的地

20、面引导灯或座椅侧面的指示灯，以及购物中心内楼层的引导灯等。另外，与霓虹灯相比，由于是低压，没有易碎的玻璃，不会因为制作中弯曲而增加费用，值得在标识设计中推广使用。(4) 室内空间展示照明就照明品质来说，由于光源没有热量、紫外与红外辐射，对展品或商品不会产生损害，与传统光源比较，灯具不需要附加滤光装置，照明系统简单，费用低廉，易于安装。其精确的布光，可作为博物馆光纤照明的替代品。商业照明大都会使用彩色的，室内装饰性的白光结合室内装修为室内提供辅助性照明，暗藏光带可以使用，对于低矮的空间特别有利。(5) 娱乐场所及舞台照明由于的动态、数字化控制色彩、亮度和调光，活泼的饱和色可以创造静态和动态的照明

21、效果。从白光到全光谱中的任意颜色，的使用在这类空间的照明中开启了新的思路。长寿命、高流明的维持值（10，000小时后仍然维持90的光通），与灯和金卤灯的50250 小时的寿命相比，降低了维护费用和更换光源的频率。另外，克服了金卤灯使用一段时间后颜色偏移的现象。与灯相比，没有热辐射，可以使空间变得更加舒适。目前彩色装饰墙面在餐饮建筑中的应用已蔚然成风。(6) 视频屏幕全彩色显示屏是当今世界上最为引人注目的户外大型显示装置，采用先进的数字化视频处理技术，有无可比拟的超大面积与超高亮度。根据不同的户内外环境，采用各种规格的发光像素，实现不同的亮度、色彩、分辨率，以满足各种用途。它可以动态显示图文动画

22、信息，利用多媒体技术，可播放各类多媒体文件。世 界上目前最有影响的显示屏，当属美国曼哈顿时代广场纽约证券交易所，总计使用了18,677,760只，面积为10,736平方英尺。屏幕可以划分成多个画面，而同时显示，将华尔街股市的行情一目了然呈现在公众面前。另外崛起在上海浦东陆家嘴金融中心的震旦国际总部，整个朝向浦西的建筑立面镶上了长100的超大型屏，总计面积达到3600平方米。堪称世界第一。(7) 车辆指示灯照明汽车用白炽灯不耐震动撞击，易损坏，寿命短，要经常更换。LED作为汽车灯主要因为其寿命长、低功耗、响应速度快等特点。1987年我国开始在汽车上安装高位刹车灯，在发达国家，使用LED制造的中央

23、后置高位刹车灯已经成为汽车的标准件。LED 已经渗透到汽车电子领域，凭借着汽车的巨大市场，LED车灯市场有巨大发展潜力。2 LED原理21 LED发光原理与结构发光二极管通常用元素周期表中III、V族元素的化合物，如镓（Ga）与砷（AS）、磷（P）的化合物制成的，是一种半导体器件。它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以LED的抗震性能好。LED的结构如图（1）、（2）所示。 图1 LED的结构图2 LED的结构发光二极管的核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片，在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层，称为PN

24、结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。PN结具有单向导电性。发光二极管就是通过这种利用注入式电致发光原理制作的二极管。 当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管。在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微

25、米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。光谱范围是比较窄的，其波长由所使用的基本材料而定。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。用GaN形成的蓝光LED1993年，当时在日本日亚化工工作的中村修二发明了基于宽禁带半导体材料氮化镓（GaN）和铟氮化稼（InGaN）的具有商业应用价值的蓝光LED，这类LED在1990 年代后期得到广泛应用。理论上蓝光LED结合原有的红光LED和绿光LED可产生白

26、光，但白光LED却很少是这样造出来的。现时生产的白光LED大部分是通过在蓝光LED(near-UV,波长450nm至470nm)上覆盖一层淡黄色荧光粉涂层制成的，发光二极管的两根引线中较长的一根为正极，应接电源正极。有的发光二极管的两根引线一样长，但管壳上有一凸起的小舌，靠近小舌的引线是正极。 发光二极管与小白炽灯泡和氖灯相比，发光二极管的特点是：工作电压很低（有的仅一点几伏）；工作电流很小（有的仅零点几毫安即可发光）；抗冲击和抗震性能好，可靠性高，寿命长；通过调制通过的电流强弱可以方便地调制发光的强弱。22 LED的主要参数与特性221 单向导电性当PN结外加电压V的电场方向（由P指向N）与

27、PN结内电场方向相反，PN结的平衡状态被打破，P区的多数载流子空穴和N区的多数载流子电子都要向PN结移动，使空间电荷区电荷量减少，PN结变窄，这时耗尽区厚度变薄，耗尽区中载流子增加，电阻阻值变小，PN结电场强度减小，有利于P区和N区中多数载流子的扩散运动，形成扩散电流。这时扩散运动超过漂移运动，在外电路上形成一个流入P区的电流I，PN结导通，这时PN结处于正向偏置。PN结两端加反向电压V时，P区的空穴和N区的电子都将进一步离开PN结，这时PN结处于反向偏置，使耗尽区厚度加宽，PN结电场强度增大，阻碍了多数载流子的扩散运动，扩散电流趋近于零，但是结电场的增加，使少数载流子更易产生漂移运动，漂移电

28、流方向与扩散电流方向相反，表现在外电路有一个流入N区的反向电流I，由于少数载流子浓度很小，所以I是很微弱的。少数载流子由本征激发产生，其数值取决于温度，与外界电压V无关，在一定温度下，电流的值趋于恒定，可认为它基本上是不导电的，PN结截止。由此看来，PN结加正向电压时，电阻值很小，PN结导通；加反向电压时，电阻值很大，PN结截止，这就是其单向导电性。222 V-I特性以硅结型二极管为例，在二极管PN结的两端，施加正、反向电压时，通过管子的电流如图（3）所示。图3 硅二极管PN结的V-I特性根据理论分析，PN结的V-I特性可表达为i=I(e-1) (1)式中i为通过PN结的电流；v为PN结两端的

29、外加电压；n为发射系数，它与PN结的尺寸、材料及通过的电流有关，其值在12之间；V为温度的电压当量，V=kT/q。其中k为玻耳兹曼常数（1.3810J/K），T为热力学温度，即绝对温度（单位为K，0 K=-273），q为电子电荷（1.610C），常温（300K）下，V=0.026V;e为自然对数的底；I为反向饱和电流。对于分立器件，其典型值约为10A10A的范围内。集成电路中的二极管PN结，其I值则更小。关于式（1），可解释如下： 当二极管的PN结两端加正向电压时，电压v为正值，当v比V大几倍时，式（1）中的e远大于1，括号中的1可以忽略。这样，二极管的电流i与电压v成指数关系，如图3中的正向

30、电压部分所示。 当二极管的PN结两端加反向电压时，v为负值，若v比nV大几倍时，指数项趋近于零，因此i=-I，如图（3）中的反向电压部分所示。可见温度一定时反向饱和电流是个常数I，不随外加电压的大小而变化。223 PN结的反向击穿如果加到PN结两端的反向电压增大到一定数值时，反向电流突然增加，如图4所示。这个现象就称为PN结的反向击穿（电击穿）。发生击穿所需的反向电压V称为反向击穿电压。PN结电击穿后电流很大，容易使PN结发热。这时PN结的电流和温度进一步升高，从而很容易烧毁PN结。反向击穿电压的大小与PN结制造参数有关。电击穿的一个原因是碰撞电离产生的倍增效应使PN结雪崩击穿，另一个原因是齐

31、纳击穿。这两种电击穿过程是可逆的，当反向电压降低后，就可恢复原来状态。但它有一个前提条件，就是反向电流和反向电压的乘积不超过PN结容许的耗散功率，超过了就会因为热量散不出去而使PN结温度上升，直到过热而烧毁，这种现象就是热击穿。图4 PN结的反向击穿224 极间电容极间电容C=C + C，C为扩散电容，C为势垒电容。(1) 扩散电容C若外加正向电压有一增量V，则相应的空穴（电子）扩散运动在结的附近产生一电荷增量Q，二者之比Q/V为扩散电容C。如果取微增量，则有C= F（法） （2）式中为载流子的渡越时间或寿命，用以度量超量的少子的复合时间。为温度电压当量。(2) 势垒电容C对于非线性的势垒电容

32、，可用微增量电容的概念来定义，即C= （3）式中为势垒区没侧储存电荷的微增量，为作用于结型二极管上的电压微增量。PN结的大小除了与本身结构和工艺有关外，还与外加电压有关。PN结处于正向偏置时，结电容较大（主要取决于扩散电容C）；当PN结处于反向偏置时，结电容较小（主要取决于势垒电容C）。23 LED的优缺点231 LED的优点(1) 体积小LED基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面，所以它非常小，非常轻。(2) 耗电量低LED耗电相当低，直流驱动，超低功耗（单管0.03-0.06瓦），电光功率转换接近30%。一般来说LED的工作电压是2-3.6V，工作电流是0.02-0.03A；这就是说

33、，它消耗的电能不超过0.1W，相同照明效果比传统光源节能近80%。(3) 使用寿命长有人称LED光源为长寿灯。它为固体冷光源，环氧树脂封装，不存在灯丝发光易烧、热沉积等缺点，在恰当的电流和电压下，使用寿命可达6万到10万小时，比传统光源寿命长10倍以上。(4) 高亮度、低热量LED使用冷发光技术，发热量比普通照明灯具低很多。(5) 环保LED是由无毒的材料作成，不像荧光灯含水银会造成污染，同时LED也可以回收再利用。光谱中没有紫外线和红外线，既没有热量，也没有辐射，眩光小，冷光源，可以安全触摸，属于典型的绿色照明光源(6) 坚固耐用LED被完全封装在环氧树脂里面，比灯泡和荧光灯管都坚固。灯体内

34、也没有松动的部分，使得LED不易损坏。(7) 多变幻LED光源可利用红、绿、蓝三基色原理，在计算机技术控制下使三种颜色具有256级灰度并任意混合，即可产生256256256=16777216种颜色，形成不同光色的组合变化多端，实现丰富多彩的动态变化效果及各种图像。(8) 技术先进与传统光源单调的发光效果相比，LED光源是低压微电子产品。它成功融合了计算机技术、网络通信技术、图像处理技术、嵌入式控制技术等，所以亦是数字信息化产品，是半导体光电器件“高新尖”技术，具有在线编程、无限升级、灵活多变的特点。232 LED存在的问题由美国加州大学艾尔文分校进行的一项调查却显示，使用LED的环保功效很可能

35、会被其包含的有毒物质所抵消。在该校社会生态学系和公共健康项目共同进行的这项研究中，他们分析了市场上常见的圣诞树彩灯组中的红色、黄色、绿色和蓝色的LED灯，其中既包括高亮度LED，也包括低亮度产品。结果显示，这些LED灯中包含有锑、砷、铬、铅以及其他多种金属元素。其中，部分LED灯的有毒元素含量已经超过了监管部门制定的标准。比如在低亮度红色LED灯中，研究人员发现其铅含量超标达到8倍，镍含量也超标2.5倍。实际上在美国加州法律中，绝大多数LED灯都已经被明确定义为有毒垃圾，如果使用普通填埋的办法处理将会污染土壤和地下水。而如果LED灯破碎，还可能会对直接接触的人体健康造成损害。但至今，无论各国政

36、府还是民众都对LED灯的环境和健康危险知之甚少。该报告表示，LED中的砷、铅、镍和铜元素对人体和环境的影响最为严重，未来应当进行更为细致深入的调查，以促进政府对LED产品的安全使用和回收处理制定规范。简单的说，大家应该清楚，虽然LED的能效非常高，但它绝非完全环保的选择，只是蕴含的潜在危险和其他照明技术不同罢了。第二点LED需要由于单个发光面比较窄，通常大规模集成在线路板上，形成一个比较大的发光源，由此会造成大量热量积累，有时会击穿电路板。所以LED灯的散热一定要好。第三点人眼最不能接受的是蓝光和UV光(即紫外线光)，蓝光杀伤人眼活性细胞的能力是绿光的10倍，而UV光杀伤人眼活性细胞的能力又是

37、蓝光的10倍，长期接触大量低波长的蓝光能大量杀伤人眼活性细胞，最终癌化形成斑块。而LED白光形成主要是靠450-455NM波长蓝光激发荧光粉，其中波长越低击发能力越强，通常LED的波长出厂控制在500NM之内，即450-455NM，或455-460NM，属于伤害最强的区段，如果波长变大，那么激发荧光粉的能力就下降，效率降低。人们为了追求亮度，通常更会加强LED的蓝光强度，点灯时间越久，荧光粉衰减越快，进而导致人眼接触的蓝光波段的光照越强烈，从而对人眼造成伤害。所以LED灯具在道路交通的LED导航指示、LED路灯、LED台灯的使用上具有一定的不利因素，容易让人在使用过程中产生头晕眼花、不舒服的感

38、觉，甚至长期使用会变成眼晴伤害，使得患眼病的机率会有所提高。3 LED驱动电路的研究31 LED驱动技术311 电路性能分析在需要使用比较多的LED产品时，如果将所有的LED串联，将需要LED驱动器输出较高的电压；如果将所有的LED并联，则需要LED驱动器输出较大的电流。将所有的LED串联或并联，不但限制着LED的严使用量，而且并联LED负载电流较大，驱动器的成本也会增加，解决办法是采用混联方式。串、并联的LED数量平均分配，这样，分配在一个LED串联支路上的电压相同，同一个串联支路中每个LED上的电流也基本相同，亮度一致，同时通过每个串联支路的电流也相近。当某一串联支路上有一只LED品质不良

39、而短路时，不管采用稳压式驱动方式还是恒流式驱动方式，通过该串联电路的电流将增大，很容易损坏该串联支路中的LED。大电流通过损坏的这串LED后，由于通过的电流较大，多表现为断路。断开一个LED串联支路后，如果采用稳压式驱动方式，驱动器的输出电流将减小，而不影响余下的所有LED正常工作。如果采用恒流式LED驱动方式，由于驱动器的输出电流保持不变，分配在余下的LED中的电流将增大，容易损坏所有的LED。解决办法是尽量多并联LED，这样当断开某一只LED时，分配在余下的LED中的电流不大，不至于影响余下的LED正常工作。这种先串联后并联的线路的优点是线路简单、亮度稳定、可靠性高，并且对器件的一致性要求

40、较低，不需要特别挑选器件，即使个别LED单管失效，对整个发光组件的影响也较小。在工作环境因素变化较大的情况下，使用这种连接形式的发光组件效果较为理想。混联方式还有另外一种接法，即是将LED平均分配后分组并联，再将每组串联在一起。当有一只LED品质不良而短路时，不管是采用稳压式驱动方式还是恒流式驱动方式，并联在这一支路中的LED将全部不亮。如果采用恒流式LED驱动方式，由于驱动器的输出电流保持不变，除了并联在短路LED上的这一并联支路外，其余的LED均正常工作。假设并联的LED数量较多，驱动器的驱动电流较大，通过这只短路的LED的电流将增大。大电流通过这只短路的LED后，很容易就变成断路。由于并

41、联的LED较多，断开一只LED后，平均分配电流变化不大，其余的LED依然可以正常工作，那么在整个LED灯中仅有一只LED不亮。先并后串混合连接构成的发光组件的问题主要是在单组并联LED中，由于器件和使用条件的差别，单组中个别LED芯片可能丧失PN结特性，出现短路。个别器件短路会使未失效的LED失去工作电流IF导致整组LED熄灭，总电流全部从短路器件中通过，而较长时间的短路电流又会使器件内部的键合金属丝或其他部分烧毁，出现开路。这时，未失效的LED重新获得电流，恢复正常发光，只是工作电流IF较原来大一点。这就是这种连接形式的发光组件出现先是一组中几只LED一起熄灭，一段时间后除其中一只LED不亮

42、外，其他LED又恢复正常的原因。312 驱动器的选择通过以上分析可知，驱动器与负载LED串/并联方式的搭配选择是非常重要的，以恒流方式驱动功率型LED时，不适合采用并联负载，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；恒流电路不怕负载短路，但严禁负载完全开路；恒流驱动电路驱动LED是较为理想的，但相对而言价格较高；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。同样，稳压式LED驱动器不适合选用串联负载，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；

43、稳压电路不怕负载开路，但严禁负载完全短路；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；亮度会受整流而来的电压变化影响。32典型LED驱动电路的研究321电容降压电路 电容降压的工作原理是利用电容在一定的交流信号频率下产生的容抗来限制最大工作电流。如果在一个1uF的电容器上再串联一个阻性元件，则阻性元件两端所得到的电压和它所产生的功耗完全取决于这个阻性元件的特性。例如，我们将一个110V/8W的灯泡与一个1uF的电容串联，在接到220V/50Hz的交流电压上，灯泡被点亮，发出正常的亮度而不会被烧毁。因为110V/8W的灯泡所需的电流为8W/110V=72mA，它

44、与1uF电容所产生的限流特性相吻合。采用电容降压时应注意以下几点：根据负载的电流大小和交流电的工作频率选取适当的电容；限流电容必须采用无极性电容，绝对不能采用电解电容。而且电容的耐压须在400V以上；电容降压不能用于大功率条件；电容降压不适合动态负载条件；电容降压不适合容性和感性负载；当需要直流工作时，尽量采用半波整流。 电容降压电路属于一种常见的小电流电源电路，由于其具有体积小、成本低、电流相对恒定等优点，常应用于LED的驱动电路中。图5 最简单LED的电容降压电路如图5所示，电路中利用两只反向并联的LED对降压后的交流电进行整流。该电路广泛应用在夜光灯、按钮指示灯及一些要求不高的位置指示灯

45、等场合。322 PWM驱动白光LEDPWM调光基于人眼对亮度闪烁不够敏感的特性，使负载LED时亮时暗，如果亮暗的频率超过100 Hz，人眼看到的就是平均亮度，而不是LED的闪烁。PWM调光通过调整亮和暗的时间比例实现调整亮度。这种方法通过把可调占空比和固定频率的数字信号加到调整亮和暗时间比例的引脚即可实现调光，但调光的范围取决于器件内部电路软启动或恢复正常工作的速度，因而范围不是很宽。PWM原理是以一固定直流电压经过以一定频率打开与闭合的开关K，从而控制改变LED上的电压。设当LED接通时的最大电流为Imax。开关开闭周期为T，每次闭合时间为t，则当占空比为D=tT时，LED的平均电流为：I=

46、ID （4）由式(1)可见，当T不变(即开关的开关频率同定)时，只要改变导通时间t，就可以改变LED两端的平均电流，从而改变LED的亮度。33 LED集成驱动电路的研究331 LM3404驱动电路LM3404是单片降压型高亮度LED恒流驱动集成电路，它适应6-A2V的输入电压范围，比较适用于汽车电子系统、工业系统及一般照明系统内置的新一代大功率高亮度LED组件。LM3404内部集成了功率MOSFET、Buck开关电路，以连续导通模式工作，其工作频率在理论上只受限于内部开关电路的开启及关闭时间。 LM3404可以输出高达l.2A的驱动电流，能够为3-5W的LED组件提供700mA-lA的驱动电流，效率高达95%，通过DIM端子利用PWM信号调节LED的亮度，LED损坏、断路时能够对电路进行可靠保护。LM3404具备逐周期限流保护能力，电流检测所需要的反馈电压只需要0.2V左右，从而能够降低芯片的功耗，而自举电路可以提高系统在轻载状态下的效率。 LM340