摘要：被視為本世紀省電環保照明之星的高亮度LED,已經成為各國廠商積極進入的領域,未來白光LED的應用市場將非常廣泛,包括手電筒、裝飾燈、LCD背光源、汽車內部照明市場、投影燈源等,不過最被看好以及最大的市場還是取代白熾鎢絲燈泡及熒光燈。
　　關鍵詞：LED，新光源應用技術
　　1.LED光源的概念
　　LED（LightEmittingDiode），又稱發光二極管，它是利用固體半導體芯片作為發光材料，當兩端加上正向電壓，半導體中的載流子發生復合，放出過剩的能量而引起光子發射產生光。
　　應用半導體PN結發光的原理制成的LED問世于20世紀60年代初，1964年首先出現紅色發光二極管，之后出現黃色LED。直到1994年，藍色、綠色LED才研制成功。1996年開發出白色LED。
　　2.LED發光原理
　　發光二極管主要有PN結芯片、電極和光學系統組成。起發光體—晶片的面積為10.2mil（1mil=0.0254平方毫米），目前國際上出現大量晶片LED，其晶片面積達40mil。
　　其發光過程包括三部分：正向偏壓下的載流子注入、復合輻射和光能傳輸。微小的半導體晶片被封裝在潔凈的環氧樹脂物中，當電子經過該晶片時，帶負電的電子移動到帶正電的空穴域并與之復合，電子和空穴消失的同時產生光子。電子和空穴之間的能量（帶隙）越大，產生的光子的能量就越高。光子的能量反過來與光的顏色對應，可見光的頻譜范圍內，藍色光、紫色光攜帶的能量最多，桔色光、紅色光攜帶的能量最少。由于不同的材料具有不同的帶隙，從而能夠發出不同顏色的光。
　　3.LED的主要特點
　　3.1發光效率高：LED經過幾十年的技術改良，其發光效率有了較大的提升。白熾燈、鹵鎢燈光效為12-24流明／瓦，熒光燈50～70流明／瓦，鈉燈90～140流明／瓦，大部分的耗電變成熱量損耗。LED光效經改良后將達到達50～200流明／瓦，而且其光的單色性好、光譜窄，無需過濾可直接發出有色可見光。
　　3.2耗電量少：LED單管功率0.03～0.06瓦，采用直流驅動，單管驅動電壓1.5～3.5伏，電流15～18毫安，反應速度快，可在高頻操作。同樣照明效果的情況下，耗電量是白熾燈泡的八分之一，熒光燈管的二分之一。
　　3.3使用壽命長：采用電子光場輻射發光，燈絲發光易燒、熱沉積、光衰減等缺點。而采用LED燈體積小、重量輕，環氧樹脂封裝，可承受高強度機械沖擊和震動，不易破碎。平均壽命達10萬小時。光衰為初始的50%。LED燈具使用壽命可達5～10年，可以大大降低燈具的維護費用，避免經常換燈。
　　3.4安全可靠性強：能精確控制光型及發光角度，光色柔和，無眩光；不含汞、鈉元素等可能危害健康的物質。內置微處理系統可以控制發光強度，調整發光方式，實現光與藝術結合。
　　3.5有利于環保：LED為全固體發光體，耐震、耐沖擊不易破碎，廢棄物可回收，沒有污染。光源體積小，可以隨意組合，易開發成輕便薄短小型照明產品，也便于安裝和維護。
　　3.6響應時間短：白熾燈的響應時間為毫秒級，LED燈的響應時間為納秒級。
　　4．LED的主要應用
　　LED廣泛應用于指示燈、信號燈、顯示屏、景觀照明等領域，在我們的日常生活中處處可見。但由于其亮度差、價格高，一直不能大范圍的推廣使用，特別對于大功率的白光LED的開發應用對未來照明具有革命性的意義。
　　5．LED的發展進程
　　2006年初，國務院發布了《國家中長期科學和技術發展規劃綱要》，“高效節能、長壽命的半導體照明產品”被列入中長期規劃第一重點領域（能源）的第一優先主題（工業節能），在國內外引起廣泛關注。2006年10月，國家“十一五”863計劃“半導體照明工程”重大項目正式啟動。我國半導體照明產業正在進入自主創新、實現跨越式發展的重大歷史機遇期。
　　“十一五”國家半導體照明工程的發展，將重點圍繞半導體普通白光照明的目標，強調創新性，突破白光照明技術的部分核心專利，實現重點跨越；強化技術集成，圍繞重大戰略產品，產學研上下游聯合攻關，解決制約產業發展的共性關鍵技術；實施產業技術聯盟與人才培養、基地建設戰略，建立完善的技術創新體系與特色產業集群，提升產業持續創新的能力，最終形成有自主知識產權和中國特色的半導體照明新興產業。
　　隨著不可再生資源存量日漸減少并帶來污染，生態環境嚴重受到影響，市場著眼點逐漸轉投至再生清潔能源的發展，以及所造就綠色經濟的投資機遇。業內人士認為，新能源在低碳經濟正扮演一個相當重要的角色，當中led技術可望成為國家其一關鍵性的領域。由此，國際上的一些專業從事照明的大公司投入巨資，對大功率、高亮度LED進行了研究和開發，使其亮度得到了大幅度的提高，成本進一步降低。這將給新光源與新能源照明制造企業帶來巨大的機遇與挑戰。
　　新光源與新能源照明行業是個朝陽產業，其增長速度之快可以說是極為驚人。我國國內新光源與新能源照明行業也正處于高速發展階段。隨著新光源與新能源照明產品技術不斷更新與進步，新光源與新能源照明將會取代傳統光源在照明行業中得到普及，從而將引發照明行業的一場革命。
　　目前我們國家的“十城萬盞”LED應用試點示范城市建設正在如火如荼進行中，這些對LED新光源的產業有著積極的推動作用。由此，本文對高亮度LED的照明驅動提出個別方案，供大家交流探討。
　　6．LED驅動方案
　　根據驅動電源的不同，LED照明通常可以劃分為交流-直流(AC-DC)LED照明、直流-直流(DC-DC)LED照明電源以及電池供電的LED手電筒等不同類型，LED燈具及其功率也各不相同，如3WPAR16、3×2WPAR20、10W/15WPAR30、15W/22WPAR38、1WG13、3WGU10、1WMR11、3WMR16、3W/9W/15W嵌燈、1WLED閱讀燈等。
　　AC-DCLED照明應用中，小功率的LED應用通常以恒流(CC)來驅動，而恒壓(CV)功能是在輸出開路的情況下作為保護功能。大功率的LED應用可能需要在電路中增加功率因數校正(PFC)，其中的AC-DC轉換與LED驅動兩部分電路既可能采用整體式(integral)配置，即兩者融合在一起，均位于照明燈具內，也可以采用分布式(distributed)配置，從而簡化安全考慮，并增加系統靈活性。
　　從應用的具體功率范圍來看，AC-DCLED照明應用主要包括：
　　• 1W-8W：G13/GU10/PAR16/PAR20照明；8W-25W：PAR30/PAR38照明
　　• 50W-150W：區域照明;100W-300W：區域照明
　　7．8W-25WAC-DCLED照明驅動方案
　　美國能源部(DOE)“能源之星”(ENERGYSTAR™)固態照明(SSL)規范中規定任何功率等級皆須強制提供功率因數校正(PFC)。這標準適用于一系列特定產品，如嵌燈、櫥柜燈及臺燈，其中，住宅應用的LED驅動器功率因數須大于0.7，而商業應用中則須大于0.9。但這標準屬于自愿性標準，即可以選擇不遵從或是遵從。
　　相應地，在8W-25WAC-DCLED照明應用中，我們考慮兩種情況，一種是應用沒有功率因數要求，即不需采用PFC控制器，另一種是要求采用PFC控制器。在不需要PFC的應用中，我們假定輸入電壓規格為90~132Vac或180~264Vac(或通用輸入)，能效達85%，提供短路保護及開路保護等保護特性，輸出電流為350mA、700mA及1A恒流，相應地可以采用安森美半導體的NCP1028或NCP1351。其中，NCP1028是一款增強型單片開關穩壓器，適用于在通用主電源輸入的應用中提供數瓦至15W的輸出功率。NCP1028的導通阻抗比NCP101x更低，提供800mA峰值電流，具備NCP101x的諸多特性，此外還提供過功率保護、內置斜坡補償及輸入欠壓保護等特性。NCP1351則是一款固定導通時間、可變關閉時間脈寬調制(PWM)控制器，適用于成本至關重要的低功率離線反激開關電源應用。這器件支持頻率反走，還具有閂鎖輸入、自然的頻率抖動、負電流感測及擴展的電源電壓范圍等特性。圖1顯示的是90至264Vac輸入條件下基于NCP1351的8W-25WLED照明方案。
　　
　　（圖1：基于NCP1351的8W至25WAC-DCLED照明應用電路示意圖）
　　
　　（圖2：基于NCP1607/8PFC控制器的8W-25WAC-DCLED照明應用示意圖）。
　　需要PFC的8W-25WAC-DCLED照明應用中，假定輸入電壓規格為90至264Vac，功率因數高于0.9，能效達80%，提供短路及過功率保護，輸出電流同樣有350mA、700mA和1A等不同選擇。在這類應用中，可以采用安森美半導體的NCP1607或NCP1608PFC控制器。NCP1607是一款高性價比的臨界導電模式(CrM)PFC控制器。這器件與業界標準引腳對引腳兼容，簡化工程師的設計。可調節的過壓保護(OVP)及環路開路保護等功能也增強了設計靈活性及強固性。圖2展示的是NCP1607/NCP1608在85至135Vac或185至264Vac輸入條件下的LED照明應用方案。