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第一講 LED主要參數(shù)與特性
LED是利用化合物材料制成pn結(jié)的光電器件。它具備pn結(jié)結(jié)型器件的電學(xué)特性：I-V特性、C-V特性和光學(xué)特性：光譜響應(yīng)特性、發(fā)光光強(qiáng)指向特性、時(shí)間特性以及熱學(xué)特性。本文將為你詳細(xì)介紹。 1、LED電學(xué)特性 1.1 I-V特性 表征LED芯片pn結(jié)制備性能主要參數(shù)。LED的I-V特性具有非線性、整流性質(zhì)：?jiǎn)蜗驅(qū)щ娦裕赐饧诱珘罕憩F(xiàn)低接觸電阻，反之為高接觸電阻。  如上圖： （1） 正向死區(qū)：（圖oa 或oa′段）a點(diǎn)對(duì)于V0 為開(kāi)啟電壓，當(dāng)V＜Va，外加電場(chǎng)尚克服不少因載流子擴(kuò)散而形成勢(shì)壘電場(chǎng)，此時(shí)R很大；開(kāi)啟電壓對(duì)于不同LED其值不同，GaAs 為1V，紅色GaAsP 為1.2V，GaP 為1.8V，GaN 為2.5V。 （2）正向工作區(qū)：電流IF 與外加電壓呈指數(shù)關(guān)系 IF = IS (e qVF/KT –1) -------------------------IS
（4）反向擊穿區(qū) V＜- VR ，VR 稱為反向擊穿電壓；VR 電壓對(duì)應(yīng)IR 為反向漏電流。當(dāng)反向偏壓一直增加使V＜- VR 時(shí)，則出現(xiàn)IR 突然增加而出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象。由于所用化合物材料種類不同，各種LED 的反向擊穿電壓VR 也不同。 采取上述措施可使LED 2θ1/2 = 6°左右，大大提高了指向性。
⑵ 當(dāng)前幾種常用封裝的散射角(2θ1/2 角)圓形LED：5°、10°、30°、45°。
2.2 發(fā)光峰值波長(zhǎng)及其光譜分布
⑴ LED 發(fā)光強(qiáng)度或光功率輸出隨著波長(zhǎng)變化而不同，繪成一條分布曲線——光譜分布曲線。當(dāng)此曲線確定之后，器件的有關(guān)主波長(zhǎng)、純度等相關(guān)色度學(xué)參數(shù)亦隨之而定。 LED 的光譜分布與制備所用化合物半導(dǎo)體種類、性質(zhì)及pn結(jié)結(jié)構(gòu)（外延層厚度、摻雜雜質(zhì)）等有關(guān)，而與器件的幾何形狀、封裝方式無(wú)關(guān)。 下圖繪出幾種由不同化合物半導(dǎo)體及摻雜制得LED 光譜響應(yīng)曲線。其中  ① 是藍(lán)色I(xiàn)nGaN/GaN 發(fā)光二極管，發(fā)光譜峰λp = 460～465nm； ② 是綠色GaP:N 的LED，發(fā)光譜峰λp = 550nm；
③ 是紅色GaP:Zn-O 的LED，發(fā)光譜峰λp = 680～700nm；
④ 是紅外LED 使用GaAs 材料，發(fā)光譜峰λp = 910nm；
⑤ 是Si 光電二極管，通常作光電接收用。由圖可見(jiàn)，無(wú)論什么材料制成的LED，都有一個(gè)相對(duì)光強(qiáng)度最強(qiáng)處（光輸出最大），與之相對(duì)應(yīng)有一個(gè)波長(zhǎng)，此波長(zhǎng)叫峰值波長(zhǎng)，用λp表示。只有單色光才有λp波長(zhǎng)。 第二講 照明用LED驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)基礎(chǔ)LED 的排列方式及LED 光源的規(guī)范決定著基本的驅(qū)動(dòng)器要求。LED 驅(qū)動(dòng)器的主要功能就是在一定的工作條件范圍下限制流過(guò)LED 的電流， 而無(wú)論輸入及輸出電壓如何變化。最常用的是采用變壓器來(lái)進(jìn)行電氣隔離。文中論述了LED 照明設(shè)計(jì)需要考慮的因素 一、LED驅(qū)動(dòng)器通用要求 驅(qū)動(dòng)LED 面臨著不少挑戰(zhàn)，如正向電壓會(huì)隨著溫度、電流的變化而變化，而不同個(gè)體、不同批次、不同供應(yīng)商的LED 正向電壓也會(huì)有差異；另外，LED 的“色點(diǎn)”也會(huì)隨著電流及溫度的變化而漂移。 另外，應(yīng)用中通常會(huì)使用多顆LED，這就涉及到多顆LED 的排列方式問(wèn)題。各種排列方式中， 首選驅(qū)動(dòng)串聯(lián)的單串LED， 因?yàn)檫@種方式不論正向電壓如何變化、 輸出電壓(Vout)如何“漂移”，均提供極佳的電流匹配性能。 當(dāng)然，用戶也可以采用并聯(lián)、串聯(lián)-并聯(lián)組合及交叉連接等其它排列方式，用于需要“相互匹配的”LED 正向電壓的應(yīng)用，并獲得其它優(yōu)勢(shì)。如在交叉連接中，如果其中某個(gè)LED 因故障開(kāi)路，電路中僅有1 個(gè)LED 的驅(qū)動(dòng)電流會(huì)加倍，從而盡量減少對(duì)整個(gè)電路的影響。  LED 的排列方式及LED 光源的規(guī)范決定著基本的驅(qū)動(dòng)器要求。LED 驅(qū)動(dòng)器的主要功能就是在一定的工作條件范圍下限制流過(guò)LED 的電流， 而無(wú)論輸入及輸出電壓如何變化。LED驅(qū)動(dòng)器基本的工作電路示意圖如圖2 所示，其中所謂的“隔離”表示交流線路電壓與LED(即輸入與輸出)之間沒(méi)有物理上的電氣連接，最常用的是采用變壓器來(lái)電氣隔離，而“非隔離”則沒(méi)有采用高頻變壓器來(lái)電氣隔離。  值得一提的是，在LED 照明設(shè)計(jì)中，AC-DC 電源轉(zhuǎn)換與恒流驅(qū)動(dòng)這兩部分電路可以采用不同配置： 1)整體式(integral)配置，即兩者融合在一起，均位于照明燈具內(nèi)，這種配置的優(yōu)勢(shì)包括優(yōu)化能效及簡(jiǎn)化安裝等； 2)分布式(distributed)配置，即兩者單獨(dú)存在，這種配置簡(jiǎn)化安全考慮，并增加靈活性。 LED 驅(qū)動(dòng)器根據(jù)不同的應(yīng)用要求，可以采用恒定電壓(CV)輸出工作，即輸出為一定電流范圍下鉗位的電壓；也可以采用恒定電流(CC)輸出工作，輸出的設(shè)計(jì)能嚴(yán)格限定電流；也可能會(huì)采用恒流恒壓(CCCV)輸出工作，即提供恒定輸出功率，故作為負(fù)載的 LED 的正向電壓確定其電流。 總的來(lái)看，LED 照明設(shè)計(jì)需要考慮以下幾方面的因素： 輸出功率：涉及LED 正向電壓范圍、電流及LED 排列方式等 電源：AC-DC 電源、DC-DC 電源、直接采用AC 電源驅(qū)動(dòng) 功能要求：調(diào)光要求、調(diào)光方式(模擬、數(shù)字或多級(jí))、照明控制 其他要求：能效、功率因數(shù)、尺寸、成本、故障處理(保護(hù)特性)、要遵從的標(biāo)準(zhǔn)及可靠性等 更多考慮因素：機(jī)械連接、安裝、維修/替換、壽命周期、物流等 二、LED 驅(qū)動(dòng)電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 采用AC-DC 電源的LED 照明應(yīng)用中，電源轉(zhuǎn)換的構(gòu)建模塊包括二極管、開(kāi)關(guān)(FET)、電感及電容及電阻等分立元件用于執(zhí)行各自功能，而脈寬調(diào)制(PWM)穩(wěn)壓器用于控制電源轉(zhuǎn)換。 電路中通常加入了變壓器的隔離型AC-DC 電源轉(zhuǎn)換包含反激、正激及半橋等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，參見(jiàn)圖3，其中反激拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是功率小于30 W 的中低功率應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)選擇，而半橋結(jié)構(gòu)則最適合于提供更高能效/功率密度。就隔離結(jié)構(gòu)中的變壓器而言，其尺寸的大小與開(kāi)關(guān)頻率有關(guān)，且多數(shù)隔離型 LED 驅(qū)動(dòng)器基本上采用“電子”變壓器。 采用 DC-DC 電源的LED 照明應(yīng)用中，可以采用的LED 驅(qū)動(dòng)方式有電阻型、線性穩(wěn)壓器及開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器等，基本的應(yīng)用示意圖參見(jiàn)圖 4。電阻型驅(qū)動(dòng)方式中，調(diào)整與LED 串聯(lián)的電流檢測(cè)電阻即可控制LED 的正向電流，這種驅(qū)動(dòng)方式易于設(shè)計(jì)、成本低，且沒(méi)有電磁兼容(EMC)問(wèn)題，劣勢(shì)是依賴于電壓、需要篩選(binning) LED，且能效較低。 線性穩(wěn)壓器同樣易于設(shè)計(jì)且沒(méi)有EMC 問(wèn)題，還支持電流穩(wěn)流及過(guò)流保護(hù)(fold back)，且提供外部電流設(shè)定點(diǎn)，不足在于功率耗散問(wèn)題，及輸入電壓要始終高于正向電壓，且能效不高。開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器通過(guò)PWM 控制模塊不斷控制開(kāi)關(guān)(FET)的開(kāi)和關(guān)，進(jìn)而控制電流的流動(dòng)。 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器具有更高的能效，與電壓無(wú)關(guān)，且能控制亮度，不足則是成本相對(duì)較高，復(fù)雜度也更高，且存在電磁干擾(EMI)問(wèn)題。LED DC-DC 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器常見(jiàn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括降壓(Buck)、升壓(Boost)、降壓-升壓(Buck-Boost)或單端初級(jí)電感轉(zhuǎn)換器(SEPIC)等不同類型。 其中，所有工作條件下最低輸入電壓都大于LED 串最大電壓時(shí)采用降壓結(jié)構(gòu)，如采用24 Vdc 驅(qū)動(dòng)6 顆串聯(lián)的LED；與之相反，所有工作條件下最大輸入電壓都小于最低輸出電壓時(shí)采用升壓結(jié)構(gòu)，如采用12 Vdc 驅(qū)動(dòng) 6 顆串聯(lián)的LED；而輸入電壓與輸出電壓范圍有交迭時(shí)可以采用降壓-升壓或SEPIC 結(jié)構(gòu)，如采用12 Vdc 或12 Vac 驅(qū)動(dòng) 4 顆串聯(lián)的LED，但這種結(jié)構(gòu)的成本及能效最不理想。 采用交流電源直接驅(qū)動(dòng)LED 的方式近年來(lái)也獲得了一定的發(fā)展， 其應(yīng)用示意圖參見(jiàn)圖5。這種結(jié)構(gòu)中LED 串以相反方向排列，工作在半周期，且LED 在線路電壓大于正向電壓時(shí)才導(dǎo)通。這種結(jié)構(gòu)具有其優(yōu)勢(shì)，如避免AC-DC 轉(zhuǎn)換所帶來(lái)的功率損耗等。但是，這種結(jié)構(gòu)中LED 在低頻開(kāi)關(guān)，故人眼可能會(huì)察覺(jué)到閃爍現(xiàn)象。此外，在這種設(shè)計(jì)中還需要加入LED 保護(hù)措施，使其免受線路浪涌或瞬態(tài)的影響。 三、 功率因數(shù)校正 美國(guó)能源部(DOE)“能源之星”(ENERGYSTAR)固態(tài)照明(SSL)規(guī)范中規(guī)定任何功率等級(jí)皆須強(qiáng)制提供功率因數(shù)校正(PFC)。這標(biāo)準(zhǔn)適用于一系列特定產(chǎn)品，如嵌燈、櫥柜燈及臺(tái)燈，其中，住宅應(yīng)用的LED 驅(qū)動(dòng)器功率因數(shù)須大于0.7，而商業(yè)應(yīng)用中則須大于0.9；但是，這標(biāo)準(zhǔn)屬于自愿性標(biāo)準(zhǔn)。歐盟的IEC61000-3-2 諧波含量標(biāo)準(zhǔn)中則規(guī)定了功率大于25 W 的照明應(yīng)用的總諧波失真性能，其最大限制相當(dāng)于總諧波失真(THD)< 35%，而功率因數(shù)(PF)>0.94。 雖然不是所有國(guó)家都絕對(duì)強(qiáng)制要求照明應(yīng)用中改善功率因數(shù)，但某些應(yīng)用可能有這方面的要求，如公用事業(yè)機(jī)構(gòu)大力推動(dòng)擁有高功率因數(shù)的產(chǎn)品在公用設(shè)施中的商業(yè)應(yīng)用，此外，公用事業(yè)機(jī)構(gòu)購(gòu)入/維護(hù)街燈時(shí)，也可以根據(jù)他們的意愿來(lái)決定是否要求擁有高功率因數(shù)(通常>0.95+)。 PFC 技術(shù)包括無(wú)源 PFC 及有源PFC 兩種。無(wú)源PFC 方案的體積較大，需要增加額外的元件來(lái)更好地改變電流波形，能夠達(dá)到約0.8 或更高的功率因數(shù)。其中，在小于5 W 至40 W 的較低功率應(yīng)用中，幾乎是標(biāo)準(zhǔn)選擇的反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)只需要采用無(wú)源元件及稍作電路改動(dòng)，即可實(shí)現(xiàn)高于0.7 的功率因數(shù)。 有源 PFC(見(jiàn)圖6)通常是作為一個(gè)專門的電源轉(zhuǎn)換段增加到電路中來(lái)改變輸入電流波形。有源PFC 通常提供升壓，交流100 至277 Vac的寬輸入范圍下，PFC 輸出電壓范圍達(dá)直流450 至480 Vdc。如果恰當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)PFC 段，可以提供91%到95%的高能效。但增加了有源PFC，仍然需要專門的DC-DC 轉(zhuǎn)換來(lái)提供電流穩(wěn)流。 四、能效問(wèn)題 LED 照明應(yīng)用的能效需要結(jié)合功率輸出來(lái)考慮。美國(guó)“能源之星”固態(tài)照明規(guī)范規(guī)定了照明器具級(jí)的能效，但并不涉及單獨(dú) LED 驅(qū)動(dòng)器的能效要求。如前所述，采用AC-DC 電源的LED應(yīng)用可以采用兩段式分布拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)， 故可能采用外部AC-DC適配器供電。 而“能源之星”的確包含有關(guān)單輸出外部電源的規(guī)范，其 2.0 版外部電源規(guī)范于2008 年11 月開(kāi)始生效，要求標(biāo)準(zhǔn)工作模式下最低能效達(dá)87%，而低壓工作模式下最低能效達(dá)86%；在此規(guī)范中，功率大于100 W 時(shí)才要求PFC。 而在采用AC-DC 電源的LED 應(yīng)用中，要提供更高的AC-DC 轉(zhuǎn)換能效，就涉及到成本、尺寸、性能規(guī)范及能效等因素之間的折衷問(wèn)題。例如，若使用更高質(zhì)量的元件、更低導(dǎo)通阻抗(RDSon)，就可降低損耗及改善能效；降低開(kāi)關(guān)頻率一般會(huì)改善能效，但卻會(huì)增加系統(tǒng)尺寸。諸如諧振這樣新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)提供更高能效，卻也增加設(shè)計(jì)及元件的復(fù)雜度。如果我們將設(shè)計(jì)限定在較窄的功率及電壓范圍，則可以幫助優(yōu)化能效。 五、驅(qū)動(dòng)器標(biāo)準(zhǔn) LED 驅(qū)動(dòng)器本身也在不斷演進(jìn)， 著重于進(jìn)一步提高能效、 增加功能及功率密度。 美國(guó)“能源之星”的固態(tài)照明規(guī)范提出的是照明器具級(jí)的能效限制，涉及包括功率因數(shù)在內(nèi)的特定產(chǎn)品要求。而歐盟的IEC 61347-2-13 (5/2006)標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)采用直流或交流供電的LED模塊的要求包括： 最大安全特低電壓(SELV)工作輸出電壓≤25 Vrms (35.3 Vdc) 不同故障條件下“恰當(dāng)”/安全的工作 故障時(shí)不冒煙或易燃 此外，ANSI C82.xxx LED 驅(qū)動(dòng)器規(guī)范仍在制定之中。而在安全性方面，需要遵從UL、CSA 等標(biāo)準(zhǔn)，如UL1310 (Class 2)、UL 60950、UL1012。此外，LED 照明設(shè)計(jì)還涉及到產(chǎn)品壽命周期及可靠性問(wèn)題。 第三講 利用降壓結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)LED驅(qū)動(dòng)上網(wǎng)時(shí)間：2009-08-10 來(lái)源：電子元件技術(shù)網(wǎng)
基于降壓的結(jié)構(gòu)可以與很多環(huán)路控制結(jié)構(gòu)很好的匹配，而且不用考慮穩(wěn)定性的限制，滯回控制適合在開(kāi)關(guān)頻率變化比較快和輸入范圍比較小的情況下應(yīng)用。這種特性剛好滿足LED對(duì)電源的要求。
隨著LED的廣泛應(yīng)用，在很多地方線性電源這種簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)已經(jīng)不能滿足需求。一般情況下，當(dāng)用電阻的方式設(shè)定LED所需的正向電流的時(shí)候，這種簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)方式可以連續(xù)的由電源向負(fù)載提供能量。 由于LED的電流與電阻上的相同，所以電阻上產(chǎn)生的功耗會(huì)隨輸入電壓的增加而增加。例如，一個(gè)用線性電源驅(qū)動(dòng)的LED，效率為70%，用5V線性電源提供1A電流給一個(gè)典型的白光InGaNLED(VF=3.5V)。在相同的工作條件下，當(dāng)輸入電壓上升到12V時(shí)，它的效率將會(huì)降到30%。在如此低效率的情況下是無(wú)法應(yīng)用的。 開(kāi)關(guān)電源 開(kāi)關(guān)電源改善了由于輸入變化使得效率變化比較大的問(wèn)題。這種方式是通過(guò)控制占空比的方式來(lái)滿足輸出所需要的電壓或電流。由于開(kāi)關(guān)電源會(huì)產(chǎn)生脈沖式的電壓和電流，所以這就需要用一些儲(chǔ)能器件(電感或電容)對(duì)這些脈沖波形進(jìn)行整形。 和線性電源相反，開(kāi)關(guān)電源可以通過(guò)不同的設(shè)置來(lái)實(shí)現(xiàn)電流或電壓的降、升或者同時(shí)升降的功能。開(kāi)關(guān)電源同樣可以在寬的輸入或輸出范圍下實(shí)現(xiàn)高效率。在前面的例子中，用一個(gè)降壓型的開(kāi)關(guān)電源取代線性電源后，當(dāng)輸入電壓由5V變到12V后，電路的效率由95%變到98%。 開(kāi)關(guān)電源在效率和結(jié)構(gòu)的靈活性上得到了很大的提升，但由于周期性的開(kāi)關(guān)造成了噪聲的增加，同時(shí)由于結(jié)構(gòu)的復(fù)雜使得電路的可靠性下降和成本的上升。恒流型LED電路可以被簡(jiǎn)單的認(rèn)為是一個(gè)恒流源。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇應(yīng)該考慮最少的外部原件和最好的性能為標(biāo)準(zhǔn)，這樣可以提高電路的穩(wěn)定性和減少成本。 鑒于LED的動(dòng)態(tài)調(diào)光特性好，在設(shè)計(jì)的時(shí)候要考慮使這種特性能夠方便應(yīng)用。幸運(yùn)的是，基本降壓開(kāi)關(guān)電路在實(shí)現(xiàn)這些特性的時(shí)候表現(xiàn)的非常好，所以LED驅(qū)動(dòng)一般選擇降壓型開(kāi)關(guān)電源。 恒流輸出級(jí) 圖1a：基本降壓型電壓調(diào)整器。 開(kāi)關(guān)調(diào)整器最常用的是電壓調(diào)整器。圖1a為一種基本恒壓型降壓調(diào)整器。降壓控制器可以在輸入電壓變化的情況下，通過(guò)控制占空比或頻率的變化使輸出電壓保持恒定。輸出所需的電壓由下面的公式計(jì)算得到(Eq.1) 式1電感L用來(lái)設(shè)置電感電流紋波的峰-峰值ΔIpp的大小，電容Co用來(lái)設(shè)置輸出電壓紋波和輸出電壓的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)。在這種降壓型逆變器中電感的平均電流等于負(fù)載電流，因此我們可以通過(guò)控制電感電流紋波的峰-峰值來(lái)控制負(fù)載電流。這樣可以使電壓源控制的方式轉(zhuǎn)換成電流源控制的方式。 圖1b：基本電流型降壓調(diào)整器。 圖1b為一種基本電流型降壓調(diào)整器。與恒壓型相似，恒流型降壓調(diào)整器可以在輸入電壓變化的情況下，通過(guò)控制占空比或頻率的變化使輸出電流IF保持恒定。輸出所需的電流由下面的公式計(jì)算得到(Eq.2)： 式2在我們?cè)O(shè)定好LED電流IF之后，我們必須準(zhǔn)確的檢測(cè)電感上的電流。從理論上來(lái)說(shuō)，檢測(cè)電感電流有很多方式，例如利用MOSFET的導(dǎo)通阻抗Rdson檢測(cè)或者用電感的直流電阻檢測(cè)。但是實(shí)際上這些檢測(cè)方式在精度上不能滿足LED電流設(shè)置的要求(高亮度LED的精度為5%-15%)。 如果直接用電阻RFB來(lái)檢測(cè)IF，這樣在精度上就可以滿足要求，但是在電阻上將會(huì)產(chǎn)生額外的功耗。降低反饋電壓VFB，在同樣的檢測(cè)電流IF(圖.2)的情況下可以降低檢測(cè)電阻的阻值，這樣就可以使功耗降到最低。最新的LED驅(qū)動(dòng)大多數(shù)提供的參考電壓(反饋電壓)在50-200毫伏之間。 恒流降壓調(diào)整器獨(dú)特之處在于輸出可以不需要電容。因?yàn)橛羞B續(xù)的輸出電流和不存在負(fù)載瞬態(tài)變化，這個(gè)調(diào)整器中輸出電容的作用只是局限于電流濾波器。當(dāng)我們?cè)O(shè)置成沒(méi)有電容的恒流型降壓調(diào)整器時(shí)，此時(shí)輸出阻抗將大幅增加，而對(duì)于升壓型來(lái)說(shuō)，由于輸出阻抗增加，為了滿足輸出電流恒定，輸出電壓也將會(huì)大幅增加。 結(jié)果調(diào)光的速度和調(diào)光的范圍都有了顯著的提高。在應(yīng)用過(guò)程中，從背光和機(jī)器視覺(jué)角度來(lái)說(shuō)調(diào)光的范圍是一種非常有價(jià)值的特性。 在另一方面，由于輸出電容不足，AC電流的紋波電路需要比較大的電感，以滿足LED紋波的要求(正向電流ΔIF=±5到20%)。在同樣的電流紋波時(shí)，大電感會(huì)增加面積和LED驅(qū)動(dòng)的成本。因此在恒流降壓電路中，輸出電容的使用要在成本、面積和調(diào)光的速度、范圍之間經(jīng)行權(quán)衡。 例如，用紋波電流驅(qū)動(dòng)一個(gè)1A的白光LED(VF≈3.5V)，ΔIF需要滿足±5%范圍內(nèi)，輸入電壓12V，頻率為500kHz，在電感電流幅度為1.1A時(shí)，只能允許使用50mH的電感。然而如果電感的紋波電流允許增加±30%，那么電感將會(huì)小于10mH。 如果10mH和50mH電感在使用相同的材料和相同的額定電流的情況下，在成本和體積方面，10mH大概只是50mH的一半。為了用10mH電感實(shí)現(xiàn)需求的ΔIF(±5%)，輸出電容需要根據(jù)LED的動(dòng)態(tài)電阻rD和檢測(cè)電阻RFB和在此開(kāi)關(guān)頻率下電容的阻抗來(lái)計(jì)算，可以利用下面的表達(dá)式(Eq.3) 式3式4環(huán)路控制結(jié)構(gòu) 基于降壓的結(jié)構(gòu)可以與很多環(huán)路控制結(jié)構(gòu)很好的匹配，而且不用考慮穩(wěn)定性的限制，例如右半平面零點(diǎn)問(wèn)題。除了和其他調(diào)光方法兼容以外，這種降壓結(jié)構(gòu)使得PWM調(diào)光變得容易?；谶@種結(jié)構(gòu)的LED驅(qū)動(dòng)可以使系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員提供更多的選擇。滯回控制非常適合在開(kāi)關(guān)頻率變化比較快和輸入范圍比較小的情況下應(yīng)用，例如燈泡和交通燈。 由于滯回控制不用考慮穩(wěn)定性限制，所以不需要考慮環(huán)路補(bǔ)償。不像環(huán)路控制那樣受帶寬限制。利用滯回控制驅(qū)動(dòng)降壓LED驅(qū)動(dòng)(圖.2a)使設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單，也減少了器件數(shù)量和成本。這種結(jié)構(gòu)也使PWM調(diào)光的范圍比其他結(jié)構(gòu)好。利用滯回控制的LED驅(qū)動(dòng)非常適合在要求調(diào)光范圍非常大和調(diào)光頻率比較高以及開(kāi)關(guān)頻率變化非常大的情況下應(yīng)用。 圖2a：基本的滯回控制降壓驅(qū)動(dòng)。 類似的滯回降壓LED驅(qū)動(dòng)可以在固定頻率操作和不需要開(kāi)關(guān)頻率變化的滯回控制之間提供了一個(gè)比較好的折中方案?？刂崎_(kāi)啟時(shí)間的降壓LED驅(qū)動(dòng)(圖2b)使用了一個(gè)滯回比較器和開(kāi)啟時(shí)間控制器。讓開(kāi)啟時(shí)間與輸入電壓成反比，這樣可以讓開(kāi)關(guān)頻率的變化減少的最小。運(yùn)用這種結(jié)構(gòu)同樣可以避免環(huán)路控制的帶寬限制。運(yùn)用不同的調(diào)光結(jié)構(gòu)可以讓調(diào)光范圍變得非常寬。 圖2b：開(kāi)啟時(shí)間控制的降壓LED驅(qū)動(dòng)。 在一些情況下，例如許多自動(dòng)控制應(yīng)用中，LED驅(qū)動(dòng)與外部時(shí)鐘或與驅(qū)動(dòng)之間進(jìn)行同步時(shí)要求減少噪音的干擾。在沒(méi)有時(shí)鐘的滯回控制和準(zhǔn)滯回控制的結(jié)構(gòu)在執(zhí)行同步頻率時(shí)會(huì)帶來(lái)困難。相比來(lái)說(shuō)，這個(gè)問(wèn)題對(duì)于由時(shí)鐘控制的調(diào)整器來(lái)說(shuō)就比較容易實(shí)現(xiàn)，例如圖2c中固定頻率的降壓LED驅(qū)動(dòng)。固定頻率控制可以解決這個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題，但是由于它動(dòng)態(tài)響應(yīng)的限制也影響了調(diào)光的范圍。 圖2c：基本的固定頻率的降壓LED驅(qū)動(dòng)。 總之，降壓LED驅(qū)動(dòng)的很多特點(diǎn)使其變得很有吸引力。它可以很容易設(shè)置成電流源，也可以實(shí)現(xiàn)最少的外圍元器件，器件少可以使得設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單，提高驅(qū)動(dòng)的穩(wěn)定性，也可以減少成本。降壓結(jié)構(gòu)的LED適合很多種控制方式使其應(yīng)用的靈活性比較高。 它輸出可以省略輸出電容，也可以與其他不同的調(diào)光方式進(jìn)行很好的匹配，這些特點(diǎn)可以允許它在高速調(diào)光和寬范圍調(diào)光的情況下應(yīng)用。當(dāng)應(yīng)用允許的情況下，所有的這些特點(diǎn)使得降壓LED驅(qū)動(dòng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有了很多的選擇。 什么樣的應(yīng)用條件不允許使用這種結(jié)構(gòu)呢？例如家用或商用的照明需要上千流明，設(shè)計(jì)一種方法來(lái)驅(qū)動(dòng)一個(gè)LED串。LED串上的總的正向壓降等于其中每個(gè)LED正向壓降之和。在一些情況下，系統(tǒng)的輸入電壓范圍可能比一串LED的正向壓降低，或者有的時(shí)候高有的時(shí)候低。這些情況下有可能會(huì)需要升壓結(jié)構(gòu)，也有可能會(huì)需要降-升壓開(kāi)關(guān)調(diào)整器。 第四講 利用Boost和Buck-Boost實(shí)現(xiàn)LED驅(qū)動(dòng)上網(wǎng)時(shí)間：2009-08-17
不管我們是否要控制輸出電壓或輸出電流，Boost調(diào)節(jié)器都要比Buck調(diào)節(jié)器更難設(shè)計(jì)。持續(xù)導(dǎo)通狀態(tài)（CCM）Boost轉(zhuǎn)換器中的平均感應(yīng)電流等于負(fù)載電流（LED電流）乘以1/(1-D)，這里D是占空度。Boost電壓調(diào)節(jié)器需要設(shè)計(jì)者考慮到輸入電壓的限制來(lái)保證電感的正確設(shè)計(jì)，特別是額定峰值電流。 圖4：Cuk調(diào)節(jié)器。 第五講 使用PWM調(diào)光上網(wǎng)時(shí)間：2009-08-19
不管你用Buck, Boost, Buck-Boost還是線性調(diào)節(jié)器來(lái)驅(qū)動(dòng)LED，它們的共同思路都是用驅(qū)動(dòng)電路來(lái)控制光的輸出。設(shè)計(jì)者主要有兩個(gè)選擇：線性調(diào)節(jié)LED電流（模擬調(diào)光），或者使用開(kāi)關(guān)電路以相對(duì)于人眼識(shí)別力來(lái)說(shuō)足夠高的頻率工作來(lái)改變光輸出的平均值（數(shù)字調(diào)光）。使用脈沖寬度調(diào)制（PWM）來(lái)設(shè)置周期和占空度（圖1）可能是最簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)光的方法，并且Buck調(diào)節(jié)器拓?fù)渫軌蛱峁┮粋€(gè)最好的性能。 第三講 幾種新型平板顯示器簡(jiǎn)介——其他上網(wǎng)時(shí)間：2009-12-29 作者：陶顯芳 來(lái)源：電子元件技術(shù)網(wǎng)
中心議題：
1.PDP顯示器 PDP是Plasma Display Panel的簡(jiǎn)寫(xiě)，也就是等離子體顯示器。PDP顯示器的工作原理是，通過(guò)加電，讓等離子汽體（一般為惰性氣體）在強(qiáng)電場(chǎng)中放電產(chǎn)生紫外線，然后通過(guò)紫外線激發(fā)熒光粉發(fā)光，PDP顯示器的工作原理如圖5所示，其結(jié)構(gòu)如圖6所示。 圖5 PDP顯示器的工作原理 圖6 PDP顯示器的結(jié)構(gòu) PDP顯示器的出現(xiàn)要比LCD顯示器晚很多，但作為大屏幕顯示器PDP卻比TFT-LCD大屏幕顯示器早好幾年，本來(lái)PDP顯示器也是一種很有發(fā)展前途的大屏幕顯示器，但由于生產(chǎn)技術(shù)大部分壟斷在日本人手中，技術(shù)擴(kuò)散比較慢，因此產(chǎn)業(yè)鏈建立也很慢，跟隨PDP發(fā)展的中國(guó)企業(yè)很少，所以它一直在中國(guó)很難發(fā)展起來(lái)，這使TFT-LCD大屏幕顯示器在很短的時(shí)間內(nèi)就超越了PDP大屏幕顯示器。PDP顯示器的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)比度比LCD高，特別適用于做大屏幕電視顯示器，但清晰度相對(duì)來(lái)說(shuō)要比LCD顯示器低很多，因?yàn)镻DP的工作電壓比較高（約160V），引線之間的距離以及點(diǎn)陣之間的距離就不能做得太小。 目前世界上生產(chǎn)PDP等離子顯示屏的廠家主要在日本和南韓，因此，PDP顯示屏的主要市場(chǎng)基本都在國(guó)外，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較小，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如TFT-LCD顯示屏的市場(chǎng)大。 SED（Surface-conduction Electron-emitter Display）顯示器是東芝公司的技術(shù)，目前大家都公認(rèn)，SED顯示圖像的質(zhì)量水平是最好的。它采用表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射顯示技術(shù)，屬于場(chǎng)致發(fā)射顯示，是一種主動(dòng)發(fā)光的顯示技術(shù)。SED顯示器前玻璃基板上涂有紅、綠、藍(lán)三色熒光粉，并作為陽(yáng)極相對(duì)后玻璃基板加有幾千伏的高壓。通過(guò)絲網(wǎng)印刷法在后玻璃基板上制作對(duì)應(yīng)每個(gè)像素的金屬電極，并用噴墨印刷的方法在金屬電極間制作氧化鈀薄膜電子發(fā)射陰極。生成了氧化鈀膜的金屬電極間距只有4-6納米，當(dāng)金屬電極間加上十幾伏的電壓后，極間將形成超高電場(chǎng)，氧化鈀膜中的電子會(huì)被牽引出來(lái)，形成電子發(fā)射。 由于金屬電極是沿著同一塊玻璃基板排列，所以剛發(fā)射出來(lái)的電子是在玻璃基板表面?zhèn)鲗?dǎo)的，這是這種器件被命名為表面?zhèn)鲗?dǎo)電子發(fā)射顯示器的原因，這也是SED顯示器與其它場(chǎng)致發(fā)射顯示器的主要區(qū)別。SED電視目前的最大亮點(diǎn)是畫(huà)質(zhì)好，它的解析度與液晶電視基本相同，而灰度表現(xiàn)力，可視角度，色域范圍，動(dòng)態(tài)畫(huà)面表現(xiàn)，暗部細(xì)節(jié)表現(xiàn)力等，均可達(dá)到高級(jí)的CRT電視水平。由于SED生產(chǎn)技術(shù)基本上被東芝公司壟斷，因此，SED顯示器在未來(lái)十幾年內(nèi)不可能發(fā)展成為主流產(chǎn)品。圖7是SED顯示器的工作原理。 圖7 SED顯示器的工作原理 TDEL（Thick-film Dialectric Electroluminescent Technology）顯示器的原理是在兩個(gè)極板之間（其中一個(gè)極板是透明電極），安置一整片藍(lán)色場(chǎng)致發(fā)光材料，再在其上面再分別安置紅色和綠色顏料，混合成三色的RGB影像。由于不須要像等離子電視一樣復(fù)雜的組件，也不須要LCD的背光，37"的TDEL電視樣品厚僅2cm，重量則甚至不到一公斤。從技術(shù)性能以及性能價(jià)格比方面進(jìn)行比較，TDEL顯示器要比PDP和LCD顯示器好，應(yīng)該說(shuō)是一項(xiàng)比較有發(fā)展前途的平板顯示器，但由于產(chǎn)業(yè)鏈遲遲建立不起來(lái)，所以很少人使用。圖8是TDEL顯示器的工作原理圖。 圖8 TDEL顯示器的工作原理 4.DLP顯示器
DLP（Digtal Light Procession）是一種數(shù)字光處理技術(shù)，也稱數(shù)字電子微鏡DMD（Digital Micromirror Device ），與前面介紹的平板顯示器技術(shù)不一樣，它是把每個(gè)像素點(diǎn)都做成一個(gè)反光鏡，這個(gè)反光鏡的角度可以通過(guò)電場(chǎng)力的作用可調(diào)（正負(fù)15度），以此來(lái)調(diào)節(jié)光的強(qiáng)度。這種技術(shù)主要用于背投電視（或正投電視），是TI公司的獨(dú)家技術(shù)，國(guó)內(nèi)很少人使用。 5.LCOS顯示器 LCOS（Liquid Crystal on Silicon）稱硅基液晶，或硅晶光反射式 micro LCD投影技術(shù)，它的工作原理與DLP很接近，即：把每個(gè)像素點(diǎn)都做成一個(gè)反光鏡，不過(guò)它這個(gè)反光鏡用來(lái)調(diào)節(jié)光的強(qiáng)度不是靠反射角，而是靠液晶。這種技術(shù)主要用于背投電視（或正投電視），現(xiàn)在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)背投電視的廠家很少。 6.OLED顯示器 OLED是英文Organic Light Emitting Display（有機(jī)發(fā)光顯示器）的簡(jiǎn)稱，它的發(fā)光原理是指有機(jī)半導(dǎo)體材料和發(fā)光材料在電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下，通過(guò)載流子注入和復(fù)合導(dǎo)致發(fā)光。通過(guò)搭配不同的有機(jī)材料，就可以發(fā)出不同顏色的光，來(lái)達(dá)到彩顯示器的要求。也有人把OLED拼寫(xiě)為 Organic Light Emitting Diode （有機(jī)發(fā)光二極管），兩種寫(xiě)法意思基本一樣。 由于OLED是自發(fā)光器件，每個(gè)像素自己都會(huì)發(fā)光，并且透光率很高，因此，與時(shí)下液晶電視都采用的LCD面板相比，其亮度與對(duì)比度都比LCD勝出一籌，視角可達(dá)170度，圖像更加鮮艷，耗電量更小。另外，OLED的發(fā)光層比較輕，因此它的基層可使用富于柔韌性的材料，而不會(huì)使用剛性材料。OLED基層為塑料材質(zhì)，而LCD、PDP、SED、TDEL等顯示器則需使用玻璃基板，因此，OLED顯示器的發(fā)光效率是目前所有顯示器中排名最高。 最近幾年，在歐洲還誕生了一種用高分子有機(jī)材料制造發(fā)光二極管的技術(shù)，稱為POLED（Polymer Organic Light Emitting Display）技術(shù)，由于高分子有機(jī)材料可以溶于有機(jī)溶劑，因此，POLED顯示器將來(lái)可以用印刷技術(shù)來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)，從而可以大大降低生產(chǎn)成本。
圖9 OLED顯示器的結(jié)構(gòu) 圖10 主動(dòng)矩陣OLED 與TFT-LCD類似，OLED也可以做成“TFT-OLED”，以提高OLED的瞬態(tài)響應(yīng)性能，不過(guò)“TFT-OLED”人們卻用另一個(gè)名字來(lái)稱謂，它被稱為主動(dòng)矩陣OLED (Active Matrix/Organic Light Emitting Diode，簡(jiǎn)稱AM-OLED)，如圖10所示。
目前OLED顯示屏還存在很多技術(shù)問(wèn)題，最大的問(wèn)題是有機(jī)薄膜使用壽命短，盡管紅色和綠色的OLED薄膜壽命比較長(zhǎng)（10000～40000小時(shí)），但根據(jù)目前的技術(shù)水準(zhǔn)，藍(lán)色有機(jī)物的壽命卻要短很多（僅有約1000小時(shí)），因?yàn)樗{(lán)色有機(jī)物發(fā)光效率比較低，提高亮度必然會(huì)增加損耗，而薄膜不容易散熱，溫度升高很容易引起OLED元件內(nèi)部陰極氧化，脫膜，以及有機(jī)層結(jié)晶等等效應(yīng)，致使元件老化損壞。 第四講 新型平板顯示器的發(fā)展上網(wǎng)時(shí)間：2010-01-04 作者：陶顯芳 來(lái)源：電子元件技術(shù)網(wǎng)
中心議題：
如果回到十幾年前，上面介紹的PDP、SED、TDEL、DLP、LCOS、OLED等顯示器都很可能被人們認(rèn)為是今天的主流顯示器，而不是LCD顯示器，因?yàn)?，PDP、SED、TDEL、DLP、LCOS、OLED都是為了克服LCD顯示器的缺點(diǎn)而誕生的，但為什么LCD顯示器反而最后取勝，這個(gè)是很值得人們深思的問(wèn)題，下面我們還是從產(chǎn)品的生命周期來(lái)進(jìn)行分析。圖11是一般產(chǎn)品的生命周期。
圖11 產(chǎn)品的生命周期 十幾年前對(duì)于PDP、SED、TDEL、DLP、LCOS、OLED、LCD來(lái)說(shuō)，都是處于產(chǎn)品的成長(zhǎng)期，在這一時(shí)期任何產(chǎn)品都會(huì)出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)，而在發(fā)展過(guò)程中很多企業(yè)都會(huì)因開(kāi)發(fā)經(jīng)費(fèi)不足而夭折，但在這一時(shí)期正好是風(fēng)險(xiǎn)投資的最好機(jī)會(huì)，因?yàn)榇藭r(shí)對(duì)于他們來(lái)說(shuō)投資回報(bào)率最高。如果某人看準(zhǔn)了機(jī)會(huì)，把某個(gè)因技術(shù)開(kāi)發(fā)資金不足的項(xiàng)目收購(gòu)過(guò)來(lái)或進(jìn)行注資，這個(gè)技術(shù)項(xiàng)目將會(huì)很快地就發(fā)展起來(lái)，因?yàn)榧夹g(shù)是現(xiàn)成的，而后面的市場(chǎng)肯定也是屬于他們的。 LCD顯示器的發(fā)展正好就是這樣，由于在1997年前后，臺(tái)灣的友達(dá)、奇美等多家技術(shù)企業(yè)看準(zhǔn)了TFT-LCD技術(shù)，同時(shí)也看好了大陸的TFT-LCD顯示器市場(chǎng)，因此他們敢投巨資，通過(guò)不斷地收購(gòu)和重組，把TFT-LCD顯示器技術(shù)壟斷到自己的手中，使得LCD顯示器在技術(shù)與生產(chǎn)規(guī)模方面，在短短的幾年內(nèi)就遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其它顯示器行業(yè)。 中國(guó)的大多數(shù)LCD面板企業(yè)，如今東方、上廣電、聚龍光電等，都是等到產(chǎn)品進(jìn)入成熟期之后才跟風(fēng)進(jìn)行投資，因此，產(chǎn)品很快就會(huì)進(jìn)入衰減期，很難逃出企業(yè)虧損的命運(yùn)。 目前，在國(guó)際上，平板數(shù)字顯示器的產(chǎn)品主要還是以LCD和PDP產(chǎn)品為主，其它顯示器很難形成主流，因?yàn)槠桨屣@示器生產(chǎn)技術(shù)復(fù)雜，投資龐大，產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)周期很長(zhǎng)，一項(xiàng)新的顯示技術(shù)如果沒(méi)有人跟隨，是很難形成氣候的。 但由于大屏幕TFT-LCD和PDP損耗功率很大，在人類已經(jīng)感覺(jué)到能源日趨緊張的今天，人們還迫切需要尋找一種在能效方面更優(yōu)秀的顯示器來(lái)取代TFT-LCD和PDP顯示器。現(xiàn)在，人們對(duì)OLED顯示器正寄予非常大的期望。東芝、松下、索尼、三星、LG、飛利浦等在電子行業(yè)排上號(hào)的電子廠商，都在開(kāi)發(fā)OLED面板生產(chǎn)技術(shù)方面投入巨資，我國(guó)也把發(fā)展新型顯示器技術(shù)列為刺激中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的九個(gè)重大項(xiàng)目之一?？梢韵胂螅琌LED平板顯示器一定是人們追逐的新星，但在未來(lái)十幾年，誰(shuí)是OLED新型顯示器技術(shù)的領(lǐng)跑者，現(xiàn)在還需拭目而待。 |
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