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LED LED 发光原理及特点 主讲人：张颖 LED 照明概念 LED （ Lighy Emitting Diode ），又称发光二极管，它 们利用固体半导体芯片作为发光材料，当两端加上正向 电压，半导体中的载流子发生复合，放出过剩的能量而 引起光子发射产生可见光。 ? 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 p-n 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。这种利 用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称 LED 。 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。电子和空穴之间的能量（带隙） 越大，产生的光子的能量就越高。光子的能量反过来与光的颜色 对应，可见光的频谱范围内，蓝色光、紫色光携带的能量最多， 桔色光、红色光携带的能量最少。由于不同的材料具有不同的带 隙，从而能够发出不同颜色的光。 Led 发光原理 ? LED 照明光源的主流将是高亮度的白光 LED 。目前，已 商品化的白光 LED 多是二波长，即以蓝光单晶片加上 YAG 黄色荧光粉混合产生白光。未来较被看好的是三 波长白光 LED ，即以无机紫外光晶片加红、蓝、绿三 颜色荧光粉混合产生白光，它将取代荧光灯、紧凑型 节能荧光灯泡及 LED 背光源等市场。 ? LED 所须之电源为直流、低电压，故传统上用以推 动钨丝灯泡或日光灯之电源并不适合直接推动 LED 灯 具。 而传统的定电压转换器必须经过修改后，才能适用 于推动 LED 灯具；电路修改需考量定电流输出、能源 转换效率、功率因素 (power factor) 等，均将考验电子 电路的设计技术。 LED 的电源电路 低频变压器及半波或全波整流电路 ( 一 ) 常见的两种解决方案 ( 一 ) 如图一所示，这种提供 LED 电源的方式非常简单只 需一个低频变压器，整流器，滤波电容还有一个用 来调整亮度的可变电阻。串联 LED 的数目主要由变 压器的圈数比所决定。一旦选用圈数比固定之后若 要得到一样的亮度，就很不容易改变 LED 的数目。 只能够藉由并联的方法增加 LED 的数目，但这种电 源架构很不容易做到并联的 LED 有相同的亮度。 优点：电路简单、成本低 缺点：体积大、电压模式， LED 亮度会随着供应电 压之变化而有所改变；无法提供定电流输出；突波 电流较大。 低频变压器及半波或全波整流电路 ( 一 ) 常见的两种解决方案 ( 二 ) 如图一所示，这种提供 LED 电源的方式非常简单只 需一个低频变压器，整流器，滤波电容还有一个用 来调整亮度的可变电阻。串联 LED 的数目主要由变 压器的圈数比所决定。一旦选用圈数比固定之后若 要得到一样的亮度，就很不容易改变 LED 的数目。 只能够藉由并联的方法增加 LED 的数目，但这种电 源架构很不容易做到并联的 LED 有相同的亮度。 优点：电路简单、成本低 缺点：体积大、电压模式， LED 亮度会随着供应电 压之变化而有所改变；无法提供定电流输出；突波 电流较大。 最新技术 : LED 照明之电源 切换式定电流供应器 ( 图三 ) 如图三所示，属于定电流的电源供应器，输出电流可调整非常适合 LED 照明的应用。因为没有额外的可变电阻 VR ，所以电源使用率比前两种方 案高些。在 LED 的串联使用上非常方便，因为流经 LED 的电流固定不受 LED 数目的影响。对于 LED 的并联使用仍无法保证并联路径 LED 的均流 效果。 目前大电流的 LED 照明电源大都采用前两种解决方案，但相较之下，切 换式定电流供应器的定电流输出模式更为适合，因为无论是在串联或并 联应用上，均可轻易控制每路 LED 电流，进而达到亮度一致；另外关于 输入电流的谐波失真尽可能低，对于总电流谐波失真 (THD) 大小及功率 因子值会因采用不同国家标准而有所不同，商品化的产品只要在设计上 符合该申请国家的标准既可，无须做到功率因子近似 1 ，或 THD 小于 10% ， 否则在成本上将会提高很多而失去产品竞争力，至于 THD 规范可参考 IEC1000-3-2 class D ，在设计时也要特别注意 LED 的开路与短路保护。 从过去使用上之不方便，发展出定电流模式之电源，当 作