一、剛剛開(kāi)始起步成本高
照明成本不僅涉及燈具的初始成本，還涉及燈具所消耗的能源成本，燈具無(wú)法正常工作時(shí)更換燈具所需的勞動(dòng)成本，以及所需燈具更換的平均頻率。從這一概念出發(fā)就很容易理解，為什么LED光源是白熾燈光源價(jià)格的50倍左右時(shí)，LED交通信號燈的市場(chǎng)就開(kāi)始啟動(dòng)，而當達到28倍時(shí)，就已形成新興產(chǎn)業(yè)。目前半導體照明主要以光色照明和特殊照明為主，以后將向普通照明擴展。具體來(lái)講，近幾年內，半導體照明市場(chǎng)將廣泛應用在各種信號燈、景觀(guān)照明、櫥窗照明、建筑照明、廣場(chǎng)和街道的美化、家庭裝飾照明、公共娛樂(lè )場(chǎng)所美化和舞臺效果照明等領(lǐng)域。事實(shí)上，我們身邊已經(jīng)隨處可見(jiàn)它的身影：電腦顯示燈、手機按鍵和屏幕的背光源、汽車(chē)尾燈、建筑物燈光、交通信號燈……等等。
二、不一致性帶來(lái)的問(wèn)題：
理論上LED都一樣，都是能發(fā)光的二極管，而實(shí)際上所有LED的電性能都是有差異的，眾多的廠(chǎng)家都在搶生產(chǎn)進(jìn)度、抓數量；每個(gè)廠(chǎng)家的生產(chǎn)工藝是不一致的，甚至相差很大，就是同一廠(chǎng)家的不同時(shí)間的工藝都是有差異的；生產(chǎn)發(fā)光二極管的半導體材料的純度要求非常高，不同廠(chǎng)家使用的半導體原材料的純度是有差異的，這就使LED的發(fā)光強度與驅動(dòng)電流是不完全相同的，或者相差很大，而且耐過(guò)電流能力和發(fā)熱的差異也就自然而然的不同了；由于封裝工藝和封裝材料的不同，使得整體的散熱能力是不一樣的，所有的廠(chǎng)家都在研究和開(kāi)發(fā)新材料，以求解決組合材料的熱彭脹與散熱的問(wèn)題。由此不難看出,LED發(fā)光二極管在短期內仍存在個(gè)體之間的很大的差異，如果每個(gè)燈只用一個(gè)LED，那是很好控制的，而且是真正的長(cháng)壽命，例如電視機、DVD上的電源指示燈就是如此；而當我們用LED制作照明燈具時(shí)，就不是用單個(gè)的LED，而是用多個(gè)，或上百上千個(gè)LED排成陣列接入電路，再者，需要的亮度就不是指示燈所能做到的，而電流大了、小了亮度都要減弱，且會(huì )使壽命大打折扣，甚而致于未出廠(chǎng)就壞掉了；因LED的差異性總是存在的，在多個(gè)LED組成的連路中，當有幾個(gè)壞掉時(shí)(通常是短路)，會(huì )使電流增大而損壞其他的LED。這就是不一致性帶的結果，也是制約其發(fā)展的因素之一。
三、驅動(dòng)電路復雜成本高、故障率高
a.在電壓匹配方面，LED不象普通的白熾燈泡，可以直接連接220V的交流市電。LED是2--3.伏的低電壓驅動(dòng)，必須要設計復雜的變換電路，不同用途的LED燈，要配備不同的電源適配器。
b.在電流供應方面，LED的正常工作電流在15mA-18mA，供電電流小于15mA時(shí)LED的發(fā)光強度不夠，而大于20mA時(shí)，發(fā)光了強度也會(huì )減弱，同時(shí)發(fā)熱大增，老化加快、壽命縮短，當超過(guò)40mA時(shí)會(huì )很快損壞。為了延長(cháng)LED照明燈的使用壽命，簡(jiǎn)易電源是不能使用的，而常用集成電路電源、電子變壓器、分離元件電源等，但都要設計恒流源電路和恒壓源電路供電的方式，大電流驅動(dòng)時(shí)，要配大功率管或可控硅器件，另加保護電路，這樣就使LED的電源供應器電路很復雜，故障率增加。元件成本、生產(chǎn)成本、服務(wù)成本都將升高。而目前LED本身的成本就高，加上電源的成本，這就大大地限制了市場(chǎng)的競爭力與購買(mǎi)群體，LED照明燈的優(yōu)勢大打折扣，這也是制約其發(fā)展與普及的又一關(guān)鍵問(wèn)題。
四、解決問(wèn)題的方法與可行性分析：
解決問(wèn)題的方法可用自復位過(guò)流保護器WHPTC元件
如果用WHPTC過(guò)流保護器作保護，將是另外一種結果，從原理可知，當電路的電流超過(guò)規定值時(shí)會(huì )訊速的自動(dòng)保護，在排除故障后又自動(dòng)復位，無(wú)需人工更換。對LED而言，電壓的變化不是LED損壞的直接原因，而電流的增大才是LED的真正殺手。顯而易見(jiàn)，利用WHPTC的這個(gè)特性，在LED的電路保護上具有絕對的優(yōu)勢，讓簡(jiǎn)易電源供電變?yōu)楝F實(shí)。實(shí)踐證明，在LED電路出現故障以前就有效保護了。在簡(jiǎn)易電源上，這個(gè)優(yōu)勢特別突出。對如下3圖分析可見(jiàn)，因有了WHPTC后可省去恒流、恒壓電路， LED的質(zhì)量也提高了。器件成本、生產(chǎn)成本、故障率、服務(wù)成本等，都大大降低。也大大增加了產(chǎn)品的市場(chǎng)競爭力。所以誰(shuí)先使用WHPTC，誰(shuí)先占領(lǐng)市場(chǎng)?！ ?/p>
使用WHPTC前后的拓撲結構比較圖
淺談LED產(chǎn)品老化
利用無(wú)溫度依賴(lài)性的電源運行LED存在弊端：在高溫區域內，LED則超出規格范圍運行。此外，當處于低溫區域時(shí)，照明源就由明顯低于最大容許電流(參見(jiàn)圖1紅色曲線(xiàn))的電流供電。如圖1的綠色曲線(xiàn)所示，通過(guò)LED驅動(dòng)電路中的正溫度系數熱敏電阻(簡(jiǎn)稱(chēng)PTC熱敏電阻)來(lái)控制LED電流是一個(gè)重大改進(jìn)。這至少可以帶來(lái)下列好處：
*在室溫下增加正向電流，從而增加光輸出
*因為可以減少LED使用量，所以可以使用價(jià)格較低的驅動(dòng)集成電路(簡(jiǎn)稱(chēng)IC)乃至一個(gè)不帶溫度管理的驅動(dòng)電路來(lái)節約成本
*實(shí)現無(wú)需IC控制的驅動(dòng)電路設計，此電路亦可使LED電流隨溫度改變
*能夠使用較便宜減額值較高安全裕量較小的LED
*過(guò)熱保護功能提高了可靠性
*帶散熱片的熱機械設計更為簡(jiǎn)單
大多數LED用驅動(dòng)電路形式具有一個(gè)共同點(diǎn)：即流經(jīng)LED的正向電流是通過(guò)固定電阻進(jìn)行設置(參見(jiàn)圖2)。一般說(shuō)來(lái)，流經(jīng)LED ILED的電流取決于Rout，即ILED ~ 1/Rout。由于Rout不隨溫度而變，因此LED電流也不受溫度影響。
將固定電阻換成隨溫度變化的電路，即可實(shí)現對LED電流的溫度管理。下列圖表闡明了如何使用PTC熱敏電阻來(lái)改善標準電路。
示例1：有反饋回路的恒流源
圖2中電路1為常用的驅動(dòng)電路。其恒流源包括一條反饋回路。當調節電阻兩端的反饋電壓達到因IC而異的VFB時(shí)，LED電流就不變了。LED電流因而被穩定在ILED=VFB/Rout。
圖3所示為上一電路改良型：此電路借由PTC熱敏電阻，生成隨溫度變化的LED電流。通過(guò)正確選擇PTC熱敏電阻、Rseries以及Rparallel，此電路與專(zhuān)用驅動(dòng)IC和LED組合相匹配。其中，LED電流可經(jīng)由下列方程式計算得出：
圖3所示電路闡明了LED電流(參見(jiàn)圖3)的溫度依賴(lài)性。與針對最高運行溫度為60度的恒流源相比較，使用PTC熱敏電阻后LED電流可在0度和40度之間提升達40%，并且LED亮度也能提高同等百分比。
示例2：調節電阻與LED無(wú)串聯(lián)的恒流源
圖2所示電路2為另一常見(jiàn)的恒流源電路：電流通過(guò)連接驅動(dòng)IC的電阻得以確定。然而在這種情況下，調節電阻并未與LED串聯(lián)。Rset和ILED之間的比率由IC規格明確。因此，運用20KΩ的串聯(lián)電阻和TLE4241G型驅動(dòng)IC，最終產(chǎn)生的LED電流為30mA。圖4所示為標準電路改良型，其中也含有一個(gè)PTC熱敏電阻，盡管此處采用WHPTC熱敏電阻。在感測溫度，元件電阻可達4.7KΩ，且容許誤差值為±5℃(標準系列)或±3℃(容許誤差值精確系列)。
圖4所示為隨外界溫度而變化的LED電流。固定電阻Rseries容許誤差范圍小，在低溫時(shí)支配總電阻。只有在低于PTC熱敏電阻的感測溫度大約15 K時(shí)，由于PTC熱敏電阻的阻值開(kāi)始增加，電流才會(huì )開(kāi)始下降。在感測溫度(總電阻=Rseries+RPTC=19.5KΩ+4.7KΩ=24.2KΩ)時(shí)的電流大約為23mA。PTC電阻在溫度更高時(shí)急劇上升，迅速引發(fā)斷路，從而避免因溫度過(guò)高出現故障。
示例3：無(wú)IC簡(jiǎn)單驅動(dòng)電路
如圖2所示電路3，LED也可在無(wú)驅動(dòng)IC的情況下工作。圖示電路是通過(guò)車(chē)用電池驅動(dòng)單一200mA LED。穩壓器生成5 V的穩定電源電壓Vstab，以避免電源電壓出現波動(dòng)。LED在Vstab處運作，電流則通過(guò)與LED串聯(lián)的電阻元件Rout決定。在這類(lèi)電路中，通過(guò)下一則等式可算出獨立于溫度的正向電流，在此等式中，VDiode是一個(gè)LED的正向電壓：
另一做法是將WHPTC的徑向引線(xiàn)式PTC熱敏電阻以及兩個(gè)固定電阻相組合后，替代上述固定電阻，如圖所示。
由于LED電流的絕大部分流經(jīng)PTC熱敏電阻本身，因此需要選擇一個(gè)較大的徑向引線(xiàn)式元件。PTC將因為流經(jīng)電阻本身的電流而導致發(fā)熱，因此會(huì )一直減少電流，無(wú)論環(huán)境溫度為何(如圖5所示)。并聯(lián)兩個(gè)或更多片式PTC熱敏電阻會(huì )將電流分流，但此方案仍存在局限性。
電流值主要是通過(guò)適當選擇兩個(gè)固定電阻來(lái)設置的。這兩個(gè)電阻也在改進(jìn)電路方面也起到重要作用，因為它們將產(chǎn)生的LED正向電流的允差保持在較低水平。這在正常工作溫度范圍內尤其重要，因為此時(shí)PTC熱敏電阻本身的阻值允差仍較高。第二個(gè)并聯(lián)固定電阻也能確保PTC不會(huì )在極端高溫情況下徹底關(guān)閉LED，因此，電流不會(huì )降至低于下列等式計算的所得值：
這項性能在例如汽車(chē)電子這樣的應用中極其重要，因為安全要求不允許照明燈徹底關(guān)閉。
背景資料：LED的溫度依賴(lài)性
像所有半導體一樣，LED的最高容許結點(diǎn)溫度不能超過(guò)，以免導致過(guò)早老化或者完全失效。如果結點(diǎn)溫度要保持在臨界值以下，那么外界溫度升高時(shí)，最高容許正向電流則必須下降。不過(guò)，如果運用散熱器，在特定的外界溫度時(shí)正向電流可以增加。LED的光輸出隨著(zhù)芯片結點(diǎn)溫度的升高而下降。上述情況主要發(fā)生在紅色和黃色LED，白色LED則與溫度關(guān)系較小。光照效率和正向電流保持同步增長(cháng)，不過(guò)，安裝在結層和環(huán)境之間的LED所具備的高熱阻率可以降低乃至逆轉這種作用，這是因為隨著(zhù)結點(diǎn)溫度的上升，發(fā)射光會(huì )降低。
此外，當結點(diǎn)溫度上升且LED正向電壓與溫度保持同步增長(cháng)時(shí)，發(fā)射光的主波長(cháng)會(huì )以+0.1 nm / K的典型速率增長(cháng)。 各種白光LED驅動(dòng)電路特性評比 1996年，日亞化學(xué)的中村氏發(fā)現藍光LED之后，白光LED就被視為照明光源最具發(fā)展潛力的組件，因此，有關(guān)白光LED性能的改善與商品化應用，立即成為各國研究的焦點(diǎn)。目前,白光LED已經(jīng)分別應用于公共場(chǎng)所的步道燈、汽車(chē)照明、交通號志、可攜式電子產(chǎn)品、液晶顯示器等領(lǐng)域。由于白光LED還具備豐富的三原色色溫與高發(fā)光效率的特性，一般認為非常適用于液晶顯示器的背光照明光源，因此，各廠(chǎng)商陸續推出白光LED專(zhuān)用驅動(dòng)電路與相關(guān)組件。
聯(lián)系客服
