LED設計十大經典問答

文章來源:恒光電器

發(fā)布時間:2013-10-14

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近年來，LED制造工藝的不斷進步和新材料(氮化物晶體和熒光粉)的開發(fā)和應用，各種顏色的超高亮度LED取得了突破性進展，其發(fā)光效率提高了近1000倍，色度方面已實現了可見光波段的所有顏色，其中最重要的是超高亮度白光LED的出現，恒光電器,照亮您的生活，使LED應用領域跨越至高效率照明光源市場成為可能。

通過十多年對LED設計的潛心研究和學習。本人收集了LED應用設計中一些經典性的基礎問題分享給大家。其中涉及到內容有單個LED的流明效率與用LED作光源構成的燈具的流明效率異同分析，LED的結溫原理及結溫升高會對LED產生的影響問題，靜電破壞的原理以及列舉一些類型的LED容易受靜電破壞導致失效，探討LED路燈防雷能用一個壓敏電阻的問題，解讀設計高品質led驅動電路的方法和選擇和設計LED驅動電源時要考慮哪些因素等問題。

問：單個LED的流明效率與用LED作光源構成的燈具的流明效率有什么異同?

答：針對某一個特定的LED，加上規(guī)定的正向偏置，如加上IF=20mA正向電流后(對應的VF≈3.4V)，測得的輻射光通量Φ=1.2lm，則這個LED的流明效率為η=1.2lm×1000/3.4V×20mA=1200/68≈17.6lm/W。顯然，對單個LED，如施加的電功率Pe=VF×IF，那么在這個功率下測得的輻射光通量折算為每瓦的流明值即為單個LED的流明效率。

但是，作為一個燈具，不論LEDPN結上實際加上的功率VF×IF是多少，燈具的電功率總是燈具輸入端口送入的電功率，它包括電源部分(如穩(wěn)壓器、穩(wěn)流源、交流整流成直流電源部分等)所消耗的功率。燈具中，驅動電路的存在使它的流明效率比測試單個LED的流明效率要下降。電路損耗越大，流明效率越低，照明方案，因此，尋找一種高效率的LED驅動電路就顯得極為重要。

問：什么是LED的結溫?結溫升高會對LED造成什么影響?

答：LED基本結構是一個半導體的PN結。當電流流過LED器件時，PN結的溫度將上升，嚴格意義上說，就把PN結區(qū)的溫度定義為LED的結溫。通常由于器件芯片均具有很小的尺寸，因此我們也可把led芯片的溫度視之為結溫。

當PN結的溫度(例如環(huán)境溫度)升高時，PN結內部的雜質電離加快，本征激發(fā)加速。當本征激發(fā)產生的復合載流子的濃度遠遠超過雜質濃度時，本征載流子的數量增大的影響較之遷移率減小的半導體電阻率變化的影響更為嚴重，導致內量子效率下降，溫度升高又導致電阻率下降，使同樣IF下，VF降低。如果不用恒流源驅動LED，則VF降將促使IF指數式增加，這個過程將使LEDPN結上溫升更加快，最終溫升超過最大結溫，導致LEDPN結失效,這是一個正反饋的惡性過程。

PN結上溫度升高，使半導體PN結中處于激發(fā)態(tài)的電子/空穴復合時從高能級向低能級躍遷時發(fā)射出光子的過程發(fā)生退化。這是由于PN結上溫度升高時，口碑，半導體晶格的振幅增大，使振動的能量也發(fā)生增加，當它超過一定值時，電子/空穴從激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)時會與晶格原子(或離子)交換能量，于是成為無光子輻射的躍遷，LED的光學性能退化。

另外，PN結上溫度升高還會引起雜質半導體中電離雜質離子所形成的晶格場使離子能級裂變，能級分裂受PN結溫度的影響，這就意味著由于溫度影響晶格振動，使其晶格場的對稱性發(fā)生變化，LED照明工程，從而引起能級分裂，導致電子躍遷時產生的光譜發(fā)生變化，LED照明工程，這就是LED發(fā)光波長隨PN結溫升而變化的原因。

綜上所述，LENPN結上的溫升會引起它的電學、光學和熱學性能的變化，過高的溫升還會引起LED封裝材料(例如環(huán)氧、熒光粉等)物理性能的變化，恒光電器,照亮您的生活，嚴重時會導致LED失效，所以降低PN結溫升，是應用LED的重要關鍵所在。