分析大功率LED燈的驅(qū)動方法及其應用技術(shù)

　近年來，由于半導體光電子技術(shù)的進步，又一代新光源----LED的發(fā)光效率迅速提高，預示著一個新光源時代的到來。就LED的技術(shù)潛力和發(fā)展趨勢來看，其發(fā)光效率將達到200lm/w以上，超過當前光效最高的高強度氣體放電燈，成為世界上最亮的光源。因此，業(yè)界認為，半導體照明將創(chuàng)造照明產(chǎn)業(yè)的第四次革命。

　　半導體照明最大量的應用將是普通照明領域。半導體燈用于普通照明一般要有比較大的功率。雖然就目前的技術(shù)狀態(tài)來看，商品化發(fā)光二極管的成本和光效還不太適合用于大功率的普通照明，但由于發(fā)光二極管有安全，長壽命，顏色種類多，不怕閃爍，調(diào)控方便等優(yōu)點，在某些場合應用能夠形成綜合成本優(yōu)勢，實際上已經(jīng)開始在大功率照明方面獲得應用。

　　制造大功率半導體燈既可以用大功率發(fā)光管也可以用小功率發(fā)光管。但不管是用大功率管還是用小功率管，技術(shù)關鍵都是要解決好電源變換問題和燈體的散熱問題。下面分別給出用大功率發(fā)光管和用小功率發(fā)光管制做半導體燈的實現(xiàn)方案。

　　大功率半導體燈的驅(qū)動方法

　　發(fā)光二極管是電流驅(qū)動的器件，因此，電源變換器的功能就是對原始電源做變換，為發(fā)光二極管提供穩(wěn)定的單向驅(qū)動電流，保證發(fā)光管在比較高的發(fā)光效率和比較低的光衰下工作。

　　用大功率發(fā)光二極管制作半導體燈可以使用AP-2B320驅(qū)動器，該驅(qū)動器用220伏交流市電供電，給發(fā)光二極管提供320mA穩(wěn)定的單向電流，可以串連驅(qū)動10----40只1瓦的大功率發(fā)光二極管工作。適合制作10—40瓦的半導體燈。該驅(qū)動器使用高頻變換技術(shù)保持輸出電流的穩(wěn)定性，效率高，體積小。這種驅(qū)動器是模塊化結(jié)構(gòu)，無外圍元器件。驅(qū)動器有四根引線，兩根線接交流市電，兩根線接發(fā)光管，通電即可工作。驅(qū)動器的體積為：50x38x25mm。用大功率發(fā)光二極管制作半導體燈用的發(fā)光二極管少，沒有外圍元器件，結(jié)構(gòu)簡單，制作容易。但目前大功率發(fā)光二極管價格相對較高，因此，燈的成本高。

　　用小功率發(fā)光二極管制作大功率半導體燈用的管數(shù)很多，所以要用串/并聯(lián)結(jié)構(gòu)。目前有兩種比較好的技術(shù)方案：

　　第一種方案是用ZL-220V/0.5A整流器將交流市電整流濾波，使之成為平滑的直流電，再使用多個DP-2B4驅(qū)動器驅(qū)動發(fā)光管。DP-2B4驅(qū)動器是專用的小功率發(fā)光二極管驅(qū)動器，使用高頻變換技術(shù)保持輸出電流的穩(wěn)定性，效率高，體積小。高壓直流供電，輸入電壓范圍為直流240—350伏，72mA單向電流輸出，可以并聯(lián)驅(qū)動4串小功率發(fā)光二極管，每串串聯(lián)管數(shù)為5—50只，最多驅(qū)動200只小功率發(fā)光管。這種驅(qū)動器是模塊化結(jié)構(gòu)，有4根引線，兩根線接電源，兩根線接發(fā)光管。通電即可工作。驅(qū)動器體積為：24x21.5x16.mm。[!--empirenews.page--]

　　小功率發(fā)光管輸入的功率只有大約50毫瓦，如果要制作30瓦的半導體燈需要用600只小功率發(fā)光二極管，600個小功率發(fā)光管需要3個驅(qū)動器。另外還要配一個帶濾波的整流器。由于輸入電流小，配套的整流器連續(xù)工作電流大于300mA即可。

　　另一種方案是使用前述的AP-2B320驅(qū)動器直接并聯(lián)驅(qū)動18--20串小功率發(fā)光管，沒串管數(shù)10--50只。最多可帶1000只小功率發(fā)光管。

　　這種方案燈的結(jié)構(gòu)更簡單，成本也比用多個小功率驅(qū)動器加整流器的方案低。發(fā)光管在制造時同一種管型正向壓降也不可能完全一樣，并且發(fā)光二極管的管壓降具有負溫度系數(shù)，這會導致多串發(fā)光管并聯(lián)使用時各串之間的電流不一致，因此，多串發(fā)光管并聯(lián)使用每串發(fā)光二極管要串聯(lián)一個電阻以平衡各串發(fā)光管之間的電流。

　　小功率發(fā)光管制做大功率半導體燈使用的元器件多，結(jié)構(gòu)復雜，裝配麻煩。但由于小功率發(fā)光管價格低，燈的生產(chǎn)成本低。

　　大功率半導體燈的熱設計

　　燈體的熱結(jié)構(gòu)設計是制作半導體燈的另一個不容忽視的問題。雖然發(fā)光管是冷光源，工作時自身不是灼熱體，但電流流過發(fā)光二極管時產(chǎn)生的電阻熱還是會使燈體升溫，半導體材料制作的發(fā)光二極管在高溫下會迅速老化，光效下降。要減緩發(fā)光二極管的光衰，使半導體燈有長的使用壽命，必須降低發(fā)光管管芯的溫度，要降低管芯的溫度，就要降低燈體溫度，并且要減小發(fā)光管和燈體之間的熱阻，這就要求解決好半導體燈的散熱問題。

　　解決散熱問題主要靠合理的燈體結(jié)構(gòu)。一種解決方案是使用2--3mm的鋁扳做基扳，大功率管直接安裝在鋁板上，管子之間用引線相連。小功率管可以按照使用的發(fā)光管的數(shù)目在鋁扳上打好孔徑和發(fā)光管外徑相同的孔，再將發(fā)光管緊配合鑲嵌到鋁扳上，發(fā)光管引腳在鋁扳后面相連。燈的外殼也用金屬材料制作，裝好發(fā)光管的鋁扳和金屬外殼緊密裝配，這樣，燈工作時產(chǎn)生的熱量可以通過鋁扳傳導到金屬外殼上，金屬外殼暴露在空氣中，熱量就可以通過輻射和對流散去。暴露在空氣中的金屬外殼的表面積要按照約每瓦50平方厘米考慮。為了既減小燈的體積又保證較大的散熱面積，燈體外殼應該是帶肋條的散熱片結(jié)構(gòu)。

　　最高管芯工作溫度和熱阻造成的管芯和管殼之間的溫差是熱設計最主要的考慮因素，對于大功率發(fā)光管來說，1瓦的大功率發(fā)光管熱阻約20℃，也就是說，給標稱功率1瓦的發(fā)光管輸入1瓦的電功率管芯溫度就比管殼高20℃。3瓦管熱租約15℃，給3瓦管輸入3瓦的電功率管芯溫度就比管殼高45℃，因此，要使3瓦發(fā)光管制作的半導體燈和1瓦管制作的半導體燈管芯溫度相同，3瓦管制作的燈燈體溫度應該比用1瓦管制作的燈更低。反過來說，如果燈體溫度相同，用1瓦管制作的燈管芯溫度比用3瓦管制作的低。從這個意義上來看，用3只1瓦發(fā)光管作3瓦的燈比用1只3瓦管作3瓦的燈更有利于降低管芯的溫度，并且3只1瓦發(fā)光管打出的光通量比1只3瓦發(fā)光管發(fā)出的光通量高。因此，用大功率發(fā)光管制作半導體燈要合理選擇發(fā)光管。

　　為了減少發(fā)光二極管產(chǎn)生的熱量，要選用光效高的發(fā)光管制做大功率半導體燈，因為在輸入一定的電功率時，光效高的發(fā)光管發(fā)出的光能量高，發(fā)出的熱能量必然少，這樣就可以減小散熱片的面積。[!--empirenews.page--]

　　大功率半導體燈應用領域舉例

　　一 彩色信號燈和彩色照明

　　大功率彩色信號燈和彩色照明如果用白熾燈做光源再濾光的辦法，只能利用其中比例很小的有色光，大部分光譜都不能被利用，因此，實際光效極低。而用半導體燈，由于能用各種顏色的發(fā)光管直接生成所需要的光色，因此，實際光效比用白熾燈做光源再濾波的辦法高得多，既節(jié)能又長壽命。典型應用如：信號燈、航標燈、草坪燈、廣告燈、紅燈籠等等。

　　二 背景燈 勾邊燈

　　大功率廣告燈箱用的背景燈，裝飾裝潢和橋梁建筑等用的勾邊燈，用其他光源不好實現(xiàn)，發(fā)光二極管可以隨意布局，并且還可以根據(jù)需要選用各種顏色。

　　三 景觀燈

　　在公園，旅游區(qū)等景觀照明，也可以發(fā)揮發(fā)光二極管布局靈活，顏色多樣性的優(yōu)勢，使風景更加亮麗。

　　四 路燈等公共照明

　　有些城市已經(jīng)開始用半導體燈做路燈或者用于其他公共照明，這也是未來半導體燈重要的應用領域之一。

　　從發(fā)展趨勢來看，未來幾年內(nèi)商品化的大功率白光發(fā)光二極管的發(fā)光效率就會普遍超過100流明，大功率半導體照明的節(jié)能優(yōu)勢必將出現(xiàn)。隨著生產(chǎn)技術(shù)水平的提高和產(chǎn)量的增加，發(fā)光管的生產(chǎn)成本也會不斷降低。外圍技術(shù)方面，模塊化的發(fā)光管專用電源變換器的品種已經(jīng)十分完備，可以提供從1伏直流電到交流市電的各種原始電源的恒流變換，單個變換器的功率范圍從一瓦以下到幾十瓦，變換器體積小，效率高，穩(wěn)定性好，工作可靠。半導體照明的核心技術(shù)和配套技術(shù)都在趨于成熟，應用范圍從專用到通用，從小功率到大功率不斷擴展，第四次照明產(chǎn)業(yè)的革命將為人類社會帶來新的光輝。