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LED芯片的技術和應用設計知識
文章來源:東臺市亨利通電子元器件有限公司   添加時間:2012/12/25 18:54:29 點擊率:3965

燈具散熱、光學、驅動IC設計舉足輕重

提高散熱效能延長燈具使用壽命

燈具的壽命一直是大家所關注的主要問題之一。建構良好的燈具散熱系統,單靠選擇熱阻低的LED組件并不夠,必須有效降低PN接面到環境的熱阻,以盡可能降低LED的PN接面溫度,提高LED燈具的壽命和實際光通量。與傳統光源不同的是,PCB即是LED的供電載體,同時也是散熱載體,因此,PCB和散熱器的散熱設計也尤為重要。此外,散熱材料的材質、厚度、面積大小及散熱接口的處理、連接方式等都是燈具廠商所要考慮的因素。

光學設計應妥善發揮LED標準

LED的方向性和點光源是不同于傳統光源的最典型特征之一,如何利用LED此兩大特性為燈具光學設計的關鍵。通過LED的二次光學設計,LED燈具可達到比較理想的配光曲線,如在室內的整體照明中,要求燈具的亮度高,可使用透過率較高的燈罩以提高出光效率;另外也有燈具中加入導光板技術,使LED點光源成為面光源,提高其均勻度而防止眩光發生;此外部分輔助照明、重點照明則需要一定的聚光效果以突顯被照物,則可以選擇配一些聚光透鏡或反光杯來達到光學要求。

驅動設計須確保恒流輸出量

LED對驅動電路的要求為保證恒流輸出,因LED正向工作時,LED正向電壓相對變化區域很小,為保證LED驅動電流的恒定也就是確保LED輸出功率的恒定。另外,調光設計也是目前驅動電路的主流設計之一,此在一些情景照明中應用較多,根據不同環境調配不同亮度,充分達到節能效果。目前驅動器的主要設計方向圍繞在提高電源功率因子、降低耗電量、提高控制精度及加快響應速度為主。除了驅動電源的設計之外,PCB布線及串并聯方式也是設計考慮。

標準制定不可或缺

LED照明作為一個嶄新的領域,需要產品標準、測量標準、控制與接口標準等的制定,加上目前市面上的LED照明產品良莠不齊,眾多產品信息皆不夠完整,容易誤導消費者,同時還有來自包括有機發光二極管(OLED)等其他高效率光源和傳統低價光源之競爭,LED照明產業急需一套完善的標準體系來維護和促進產業的健康可持續發展。目前美國的能源部(DOE)正在積極推動關于半導體照明的相關標準,中國大陸、臺灣、韓國、日本等也都在積極展開LED標準的制定工作。

照明用大功率LED技術挑戰重重

雖然LED在室內照明的重點照明和裝飾照明獲得發揮空間,但LED離真正的通用照明或者環境照明還存在諸多挑戰,如初期成本、低色溫的發光效率、顯色指數及系統的可靠性等。

透過整體系統優化降低初期成本

就室內照明而言,尤其是家庭照明對成本相對比較敏感,雖然LED燈的款式不斷增加,發光效率也越來越高,但價格昂貴的問題依然存在。此有待進一步調降LED光源價格,同時須要從整體系統的層面去優化設計,降低總成本。從緊湊型熒光燈在剛進入市場初期的15美元左右降低至目前的1.5美元以下,由此可知,隨著市場不斷發展,不久的將來,LED燈的價格也較為普羅大眾接受。

擺脫熒光粉限制低色溫發光效率

室內家庭照明往往會傾向于4,000K以下的偏低色溫,暖白光讓整個環境變得較為溫馨放松;而冷白光會給人干凈、高效及明快的感覺,適合于辦公室的照明和室外的照明。而受到熒光粉的影響,LED低色溫時的發光效率往往要比高色溫時的光效低約30%。

混合紅光LED兼顧光效和顯色指數

LED的光效越高,其顯色指數往往有些偏低,而室內照明要求能夠客觀顯示物體的明暗度與色彩性,獲得人眼直接觀察外部景物的真實效果,因而通常需要較高的顯色指數。此需要LED在發光效率提升的同時,進一步提高顯色指數,但也可以通過在燈具層面混入一些紅光LED來得到顯示指數大于90的效果。

提高大電流驅動效率縮減LED成本

現階段,1瓦的LED驅動電流可達350~1,000毫安,但通常在大電流驅動條件下,雖然光通量提高,但整體的效率下降比較明顯,因而在整體成本和系統光效之間須找尋平衡,若能夠提高LED在大電流驅動下的發光效率,則可保證在較高系統發光效率前提下,大幅縮減所需LED顆數,從而明顯降低成本。

減小LED的封裝尺寸有助于加大設計彈性

LED室內燈具的發展在節能環保健康的前提下,也會朝藝術化、迷你化和個性化的方向發展,因而縮小LED的封裝尺寸可加大在燈具設計時的靈活性和創新空間。在某些須使用混光來提升顯色性的場合,較小的封裝尺寸會有利于混光透鏡的設計和混光的效果。

關鍵組件提高系統壽命、可靠性缺一不可

對于LED在通用照明中的應用,須從系統的角度來提高整體效率、壽命和可靠性。傳統照明產品的系統組成相對簡單,而LED照明系統涉及多個組件(圖5)。

 

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