led節(jié)能燈畢業(yè)論文設計

1、<p>　　LED節(jié)能燈畢業(yè)設計</p><p>　　專 業(yè) </p><p>　　班 級 </p><p>　　學 生 </p><p>　　指導教師 </p><

2、p><b>　　二 0 一二 年</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　[摘要]: 隨著半導體材料及工藝技術(shù)的進步,生產(chǎn)量的增加,筆者認為可能還需3～5年時間,LED照明燈的性能會進一步地提高,價格也會不斷地下降,它將逐步地進入千家萬戶,給您帶來節(jié)電、明亮的新的光源。</p><p>

3、　　LED日光燈節(jié)電高達80％以上，壽命為普通燈管的10倍以上，幾乎是免維護，不存在要經(jīng)常更換燈管、鎮(zhèn)流器、起輝器的問題，約半年下來節(jié)省的費用就可以換回成本。綠色環(huán)保型的半導體電光源，光線柔和，光譜純，有利于工人的視力保護及身體健康，6000K的冷光源給人視覺上清涼的感受，有助于集中精神，提高效率。</p><p>　　[關(guān)鍵字]:LED, 節(jié)能, ,亮度,</p><p><b&g

4、t;　　目 錄</b></p><p>　　第一章 LED的發(fā)展概況...............................................1</p><p>　　1.1.發(fā)光二極管介紹．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3</p><p>　　1.1.1. 發(fā)光二

5、極管的結(jié)構(gòu)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4</p><p>　　1.1.2. 發(fā)光原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7</p><p>　　1.2.發(fā)光強度及發(fā)光效率的提高．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．

6、．．8</p><p>　　1.3.LED的功率提高．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9</p><p>　　1.4.白光LED的誕生是個突破．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9</p><p>　　第二章 LED在照明系統(tǒng)中的應用.............

7、.........................10</p><p>　　2.1.白光LED照明燈泡．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10</p><p>　　2.2.彩色LCD的背光照明．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10</p><p>　　2

8、.3.閃光燈．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10</p><p>　　2.4.家用LED照明燈．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11</p><p>　　2.5.算一筆節(jié)電帳及經(jīng)濟帳．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1

9、2</p><p>　　2.6.本課題的設計背景．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12</p><p>　　第三章 硬件設計...................................................．13</p><p>　　3.1. 驅(qū)動原理及應用．．．．．．．．．．．．．．．

10、．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13 </p><p>　　3.2.電容降壓原理介紹．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14</p><p>　　3.3.應用電容降壓電路驅(qū)動LED節(jié)能燈．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15</p><p>　　3.3.

11、1.舉例分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15</p><p>　　3.3.2.電路工作原理﹕．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16</p><p>　　3.4.硬件設計框圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．

12、．．18</p><p>　　3.5.原理圖設計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19</p><p>　　3.6.PCB設計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．20</p><p>　　3.7.電容降壓電源原理和計算公式．．．．．．．．．．．．．．．

13、．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．20</p><p>　　第四章 裝配過程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21</p><p>　　4.1.材料選擇．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21</p><p>　　4.1.1.降壓用

14、CBB電容．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21</p><p>　　4.1.2.散光源LED燈．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．22</p><p>　　4.1.3.塑料外殼．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．

15、22</p><p>　　4.1.4.其他材料．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23</p><p>　　4.1.5.LED安裝底座．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23</p><p>　　4.1.6.焊接完后的PCB圖:．．．．．

16、．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．24</p><p>　　4.1.7.成品圖片．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．25</p><p>　　第五章 結(jié)語.......................................................．26 </p&

17、gt;<p>　　致謝．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27</p><p>　　參考文獻．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．28</p><p>　　第一章LED的發(fā)展概況</p><p

18、><b>　　發(fā)光二極管簡介</b></p><p>　　發(fā)光二極管(LED)是一種電致發(fā)光的光電器件。早在1907年開始,人們就發(fā)現(xiàn)某些半導體材料制成的二極管在正向?qū)〞r有發(fā)光的物理現(xiàn)象,但生產(chǎn)出有一定發(fā)光效率的紅光LED已是1969年了。到今天,LED已生產(chǎn)了30多年,回顧過去,它已茁壯成長。各種類型的LED、利用LED作二次開發(fā)的產(chǎn)品及與LED配套的產(chǎn)品(如白光LED驅(qū)動器)發(fā)展

19、迅速,新產(chǎn)品不斷上市,已發(fā)展成不少新型產(chǎn)業(yè)LED發(fā)展歷史已經(jīng)幾十年，但在照明領(lǐng)域的應用還是新技術(shù)。隨著LED技術(shù)的迅猛發(fā)展，其發(fā)光效率的逐步提高，LED的應用市場將更加廣泛，特別在全球能源短缺的憂慮再度升高的背景下，LED在照明市場的前景更備受全球矚目，被業(yè)界認為在未來10年成為最被看好的市場以及最大的市場將是取代白熾燈、鎢絲燈和熒光燈的最大潛力商品。展望將來,還期望更進一步地提高。 </p><p>　　早期的

20、LED主要用于做指示燈。它的發(fā)光強度不高,一般小于1mcd,高的也僅幾個mcd;另外,發(fā)光效率也不高,一般小于0.21m/W,其功率僅幾十mW到上百個mW(屬于小功率LED)。本文就從發(fā)光強度提高說起。</p><p><b>　　發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　LED Lamp(led 燈)主要由支架、銀膠、晶片、金線、環(huán)氧樹脂五種物料所組成。<

21、/p><p><b>　　一、支架：</b></p><p>　　1）、支架的作用：用來導電和支撐 2）、支架的組成：支架由支架素材經(jīng)過電鍍而形成，由里到外是素材、銅、鎳、銅、銀這五層所組成。 3）、支架的種類：帶杯支架做聚光

22、型，平頭支架做大角度散光型的Lamp。A、2002杯/平頭：此種支架一般做對角度、亮度要求不是很高的材料，其Pin長比其他支架要短10mm左右。Pin間距為2.28mmB、2003杯/平頭：一般用來做φ5以上的Lamp，外露pin長為+29mm、-27mm。Pin間距為2.54mm。C、2004杯/平頭:用來做φ3左右的Lamp，Pin長及間距同2003支架。D、2004LD/DD：用來做藍、白、純綠、紫色的Lamp，可焊雙線，

23、杯較深。E、2006：兩極均為平頭型，用來做閃爍Lamp，固IC，焊多條線。F、2009：用來做雙色的Lamp，杯內(nèi)可固兩顆晶片，三支pin腳控制極性。G、2009-8/3009：用來做三色的Lamp，杯內(nèi)可固三顆晶片，四支pin腳。 </p><p>　　二、銀膠 銀膠的

24、作用：固定晶片和導電的作用。 銀膠的主要成份：銀粉占75-80%、EPOXY（環(huán)氧樹脂）占10-15%、添加劑占5-10%。 銀膠的使用：冷藏，使用前需解凍并充分攪拌均勻，因銀膠放置長時間后，銀粉會沉淀，如不攪拌均勻?qū)绊戙y膠的使用性能。</p&g

25、t;<p>　　三、晶片（Chip）： </p><p>　　發(fā)光二極管和led芯片的結(jié)構(gòu)組成</p><p>　　1）、晶片的作用：晶片是LED Lamp的主要組成物料，是發(fā)光的半導體材料。 2）、晶片的組成：晶片是采用磷化鎵（GaP）、鎵鋁砷（GaAl

26、As）或砷化鎵（GaAs）、氮化鎵（GaN）等材料組成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有單向?qū)щ娦浴?3）、晶片的結(jié)構(gòu): 焊單線正極性（P/N結(jié)構(gòu)）晶片，雙線晶片。晶片的尺寸單位：mil　　晶片的焊墊一般為金墊或鋁墊。其焊墊形狀有圓形、方形、十字形等。4）晶片的發(fā)光顏色：

27、 晶片的發(fā)光顏色取決于波長，常見可見光的分類大致為：暗紅色（700nm）、深紅色（640-660nm）、紅色（615-635nm）、琥珀色（600-610nm）、黃色（580-595nm）、黃綠色（565-575nm）、純綠色（500-540nm）、藍色（450-480nm）、</p><p>　　光可分為：波長大于0.1mm稱為電波；760nm-0.1nm叫紅外光;380nm-760nm叫可

28、見光;  10nm-380nm叫紫外光；波長小于10nm的是X線光。</p><p><b>　　四、金線：</b></p><p>　　金線的作用：連接晶片PAD（焊墊）與支架，并使其能夠?qū)ā?金線的純度為99.99%Au；延伸率為2-6%，金線的尺寸有：0.9mil、1.0mil、1.1mil等。</p><p>

29、;<b>　　五、環(huán)氧樹脂：</b></p><p>　　環(huán)氧樹脂的作用：保護Lamp的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可稍微改變Lamp的發(fā)光顏色，亮度及角度；使Lamp成形。 封裝樹脂包括：A膠（主劑）、B膠（硬化劑）、DP（擴散劑）、CP（著色劑）四部份組成。其主要成分為環(huán)氧樹脂（Epoxy Resin）、酸酐類（酸

30、無水物 Anhydride）、高光擴散性填料（Light diffusion）及熱安定性染料（dye）</p><p><b>　　六、模條：</b></p><p>　　模條是Lamp成形的模具，一般有圓形、方形、塔形等。支架植得深淺是由模條的卡點高低所決定。模條需存放在干凈及室溫以下的環(huán)境中，否則會影響產(chǎn)品外觀不良</p><p><

31、b>　　發(fā)光原理</b></p><p>　　發(fā)光二極管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化鎵）、GaP（磷化鎵）、GaAsP（磷砷化鎵）等半導體制成的，其核心是PN結(jié)。因此它具有一般P-N結(jié)的I-N特性，即正向?qū)?，反向截止、擊穿特性。此外，在一定條件下，它還具有發(fā)光特性。在正向電壓下，電子由N區(qū)注入P區(qū)，空穴由P區(qū)注入N區(qū)。進入對方區(qū)域的少數(shù)載流子（少子）一部分與多數(shù)載流子（多子）復合而發(fā)光

32、，如圖1所示。 假設發(fā)光是在P區(qū)中發(fā)生的，那么注入的電子與價帶空穴直接復合而發(fā)光，或者先被發(fā)光中心捕獲后，再與空穴復合發(fā)光。除了這種發(fā)光復合外，還有些電子被非發(fā)光中心（這個中心介于導帶、介帶中間附近）捕獲，而后再與空穴復合，每次釋放的能量不大，不能形成可見光。發(fā)光的復合量相對于非發(fā)光復合量的比例越大，光量子效率越高。由于復合是在少子擴散區(qū)內(nèi)發(fā)光的，所以光僅在靠近PN結(jié)面數(shù)μm以內(nèi)產(chǎn)生。 發(fā)光二極管的種類很多，按發(fā)光材

33、料來區(qū)分有磷化鎵（GaP）發(fā)光二極管、磷砷化鎵（GaAsP）發(fā)光二極管、砷鋁鎵（GaAIAs）發(fā)光二極管等；按發(fā)光顏色來分有發(fā)紅光、黃光、綠光以及眼睛看不見的紅外發(fā)光二極管等；若按功率來區(qū)別可分為小功率（HG</p><p>　　發(fā)光強度及發(fā)光效率的提高 </p><p>　　作為指示燈方面的應用,有幾個mcd的發(fā)光強度也可以了,但由LED組成的數(shù)碼管或字符管則顯得亮度不足,若要用于戶外作

34、信號或標志顯示,則其亮度太低,不能滿足使用的要求。所以LED的主要發(fā)展方向是提高發(fā)光強度(也就是一般所指的提高亮度)。 </p><p>　　隨著半導體材料及半導體工藝技術(shù)、設備的發(fā)展,LED的亮度不斷提高,開發(fā)出高亮度及超高亮度LED,并且不斷創(chuàng)造新記錄。 </p><p>　　筆者用現(xiàn)有的LED資料,以中5標準封裝、發(fā)紅光、視角差不多的LED為例,以不同的生產(chǎn)年份的發(fā)光強度來說明LED

35、發(fā)光強度提高的情況,近30年LED的發(fā)光強度提高了8000倍左右。1969～1987年LED的發(fā)光強度是很低的,發(fā)展很慢,但1994～2005年LED的亮度有很大的發(fā)展。表1中列出的并非發(fā)光強度最高的。例如,在GaAs的襯低上采用AIlnGaP工藝技術(shù)制成的Φ5、紅光LED,在小視角4°、50mA工作電流時,其典型發(fā)光強度為20000mcd。 </p><p>　　LED另一個重要性能指標是發(fā)光效率η

36、,用1m/W來表達。</p><p>　　這30多年來,LED的發(fā)光效率提高了250倍以上。1970-1990年LED發(fā)光效率提高較慢,1990-2005年則提高較快。例如,Cree公司生產(chǎn)的lW白光LED XL7090WHT,其發(fā)光效率可達601m/W。 </p><p>　　XL7090WHT是超高亮度、小尺寸封裝的白光LED。XL7090WHT的發(fā)光強度大,電流350mA時的典型光通

37、量為601m,在瞬態(tài)脈沖電流700mA時典型光通量可達981m,而目前一般1W白光LED的光通量為30～45lm),XL7090WHT的發(fā)光效率高達601m/W,視角寬達100°,封裝尺寸僅為9mmx7mmx4.3mm,工作溫度范圍是-20~+80℃。 </p><p>　　由于XL7090WHT發(fā)光強度大、發(fā)光效率高,因此它適用于家庭、商業(yè)或公共場所明、DVD、筆記本電腦、電視機的彩色顯示屏的背光,廣

38、告燈、路燈及標志燈,汽車及運輸工具的內(nèi)外照明及數(shù)碼相機的閃光燈等。 </p><p>　　LED的發(fā)光強度及發(fā)光效率的提高主要取決于采用的半導體材料及其工藝技術(shù)的發(fā)展。早期的LED主要用GaAs、GaP(二元素半導體材料)和GaAsP(三元素半導體材料),1994年左右采用AIInGaP(四元素半導體材料)后,其發(fā)光強度及發(fā)光效率有很大的提高。另外,在工藝技術(shù)上采用在GaAs襯底上用AilnGaP材料生產(chǎn)的紅光、

39、黃光LED及在SiC襯底上用InGaN材料生產(chǎn)的綠光、藍光LED,在發(fā)光強度及發(fā)光效率上有較大的改進。 </p><p><b>　　LED的功率提高 </b></p><p>　　我們知道LED的發(fā)光強度與正向電流IF,幾乎成線性關(guān)系,即增加正向電流IF可增加發(fā)光強度。但LED有一個最大功耗PD值的限制,PD=VFxIF(VF為正向壓降),若過大地增加IF而使PD超

40、過最大值時,LED會過熱而損壞。為了要提高發(fā)光強度,開發(fā)出中功率LED(一般為幾百mW),其工作電流也提高到70mA。近年來,為進一步提高發(fā)光強度,開發(fā)出大功率LED,其功率一般為1～10W(有一些還大于10W)。它的工作電流一般為350～700mA,有些可達1A以上。 </p><p>　　以American Opto Plus LED公司生產(chǎn)的5W的PU-5WXX系列為例,在700mA電流下,其結(jié)溫了Tj為

41、25℃,(大功率LED的發(fā)光強度用光通量表示)。 </p><p>　　除藍光LED的發(fā)光強度及發(fā)光效率較低外,其他發(fā)光顏色的發(fā)光強度及發(fā)光效率都相當高。 </p><p>　　早期生產(chǎn)的LED是小功率的(幾十至上百mW),現(xiàn)在已能生產(chǎn)大于10W的大功率LED,在功率上增加了100倍以上。 </p><p>　　雖然說小功率LED與大功率LED的發(fā)光效率是差不多的,

42、但LUMILEDS公司的研究表明,大功率白光LED比Φ5白光LED的壽命更長。另外,采用很多小功率白光LED組成的燈泡可靠性也差一些,燈泡體積也較大。例如,用1W白光LED做成燈具,其尺寸為50.8mmx50.8mmx7.1mm,而采用Φ5白光LED來做,其體積則要大得多。但目前大功率LED投產(chǎn)時間不長,價位較高,所以目前大部分LED燈泡仍是用小功率LED做的。 </p><p>　　白光LED的誕生是個突破 &

43、lt;/p><p>　　白光LED是LED家族中最后一個問世的,它的誕生是LED生產(chǎn)中一個重要的突破,它將成為新的照明光源。 </p><p>　　白光是復合光,可以用紅、綠、藍(R、G、B)三基色LED混合成白光,1995年前后生產(chǎn)的一種集成LED白光燈(或稱全色LED燈)由2個高亮度藍光LED、15個綠光LED及5個紅光LED組成。這種白光LED燈尺寸大、白光純度不高、發(fā)光效率也不高。但這

44、種三基色燈用單片機來控制可發(fā)出七色光及白光的變色燈,可用于娛樂場所,增加節(jié)日氣氛。另外,采用RGB三種管芯組成的RGBLED常用于手機的變色背光。 </p><p>　　采用R、G、B三色LED可以組成彩色LED顯示屏的像素,用它組成彩色LED顯示屏。 </p><p>　　在上世紀末,可能受熒光燈的啟發(fā),開發(fā)出在高亮度藍光LED管芯上加一層熒光粉,用藍光激發(fā)熒光粉發(fā)出白光的白光LED。采

45、用不同的熒光粉,可發(fā)出冷白光(色溫為4500～10000K)及暖白光(色溫為2850～3800K)的白光LED。目前,白光LED的發(fā)光效率大都已超過301m/W,某些產(chǎn)品已超過501m/W的水平。它給用于照明的LED燈泡創(chuàng)造良好的條件。 </p><p>　　在2005年開發(fā)出無熒光粉的、Φ5、透明樹脂封裝的白光LED。該白光LED采用藍寶石(Al2O3)為襯底,采用InGaN工藝技術(shù)制成。在IF為20mA時,發(fā)

46、光強度為700～1200mcd。 </p><p>　　第二章LED在照明系統(tǒng)中的應用</p><p>　　2.1白光LED照明燈泡 </p><p>　　近年來,LED的發(fā)光強度及發(fā)光效率迅速提高、發(fā)光顏色齊全、功率增加、成本降低,給開發(fā)各種功能的LED燈泡及燈具創(chuàng)造了極好的條件,也給二次開發(fā)LED產(chǎn)品創(chuàng)造良好的機會。例如,現(xiàn)在的城市交通信號燈及標志燈采用LED替

47、代了傳統(tǒng)的白熾燈,不僅節(jié)省大量的電能,而且無須經(jīng)常更換損壞的白熾燈:五彩繽紛的各種LED裝飾燈,給城市夜景打扮得五光十色,廣場上的超大屏幕的彩色LED顯示屏讓全世界的球迷過足了癮。 </p><p>　　白光LED燈的應用,包括彩色LCD的背光照明燈、閃光燈及家用LED照明燈,它們最大的特點是節(jié)電和壽命長。 </p><p>　　2.2彩色LCD的背光照明 </p><

48、p>　　由于白光LED作背光時電路比用CCFL簡單且尺寸小,所以在手機、PDA等小屏幕彩色LCD中都采用白光LED作背光照明。過去認為白光LED只適用于小面積的彩色LCD顯示屏,但近年來,隨著LED性能的提高,它不僅用于小尺寸LED屏幕,現(xiàn)已用于5英寸、7英寸DVD、GPS的顯示屏上,并發(fā)展到12英寸筆記本電腦及電視機的背光照明。 </p><p><b>　　2.3閃光燈 </b>&

49、lt;/p><p>　　數(shù)碼相機正逐漸替代用膠卷的相機,在數(shù)碼相機中采用超高亮度的白光LED替代了傳統(tǒng)的氙燈。采用超高亮度的白光LED作閃光燈不僅電路簡單、尺寸小、耗電省,而且無須充電時間。例如,前面提到的1W白光LED XL7090WHT,它在用作閃光燈時,700mA的脈沖電流時其典型光通量為981m。 </p><p>　　2.4家用LED照明燈 </p><p>

50、　　目前，照明消耗約占整個電力消耗的20%，大大降低照明用電是節(jié)省能源的重要途徑，為實現(xiàn)這一目標業(yè)界已研究開發(fā)出許多種節(jié)能照明器具，并達到了一定的成效。但是，距離“綠色照明”的要求還遠遠不夠，開發(fā)和應用更高效、可靠、安全、耐用的新型光源勢在必行。LED以其固有的優(yōu)越性正吸引著世界的目光。美國、日本等國家和臺灣地區(qū)對LED照明效益進行了預測，美國55%白熾燈及55%的日光燈被LED取代，每年節(jié)省350億美元電費，每年減少7.55億噸二氧化

51、碳排放量。日本100%白熾燈換成LED，可減少1～2座核電廠發(fā)電量，每年節(jié)省10億公升以上的原油消耗。臺灣地區(qū)25%白熾燈及100%的日光燈被白光LED取代，每年節(jié)省110億度電。日本早在1998年就編制“21世紀計劃”，針對新世紀照明用LED光源進行實用性研究。近年來，日本日亞化工、豐田合成、SONY、佳友電工等都已有LED照明產(chǎn)品問世。世界著名的照明公司如飛利浦、歐司朗、GE等也投入大量的人力物力進行LED照明產(chǎn)品的研究開發(fā)和生產(chǎn)。

52、美國GE公司和EMCORE公司合作成立新公司，專門開發(fā)白光LED，以取代白熾燈、緊湊型熒光燈、鹵鎢燈和汽車燈。德國歐司朗公司</p><p>　　目前國內(nèi)已能生產(chǎn)1～3W由Φ5白光LED組成的白光LED燈泡(外形與白熾燈泡相同,球形外殼用透明塑料做成,直徑約60mm,燈頭用E27螺紋燈頭),其發(fā)光效率η超過351m/W。2～3W的白光LED燈泡亮度與25W白熾燈泡差不多。另外,目前也能夠生產(chǎn)出12W白光LED的日

53、光燈管,其光通量超過5001m,發(fā)光效率超過401m/W。這兩種白光LED做成的燈壽命都超過50000h。這兩種燈都是用超高亮度Φ5小功率白光LED做成,目前售價較高,且尚未上市。</p><p>　　2.5算一筆節(jié)電帳及經(jīng)濟帳 </p><p>　　白光LED做成的照明燈節(jié)能、長壽命。筆者將發(fā)光亮度相差不多的三種燈在使用中作了節(jié)電上及經(jīng)濟上的比較。這三種燈分別是3W的白光LED燈泡、5W

54、的節(jié)能熒光燈和25W的白熾燈泡。這三種燈都采用220V市電供電。在計算中,3W的白光LED燈泡按5W計算(其中有2W是AD/DC及驅(qū)動電路的損耗),5W的節(jié)能熒光燈按7W計算(2W是自鎮(zhèn)流及電路的損耗)。這里要說明的是3W白光LED燈泡及5W節(jié)能熒光燈的生產(chǎn)工廠并沒有給出這種損耗值,2W是筆者估算的。</p><p>　　從節(jié)電的方面來比較,同樣使用了50000h,白熾燈要用1250度電,而3W的白光LED燈只要

55、250度電,相差1000度電。如果全國有1億只3W白光LED燈替代了25W白熾燈泡,則在50000h的使用時間中可節(jié)省1000億度電。另外,從經(jīng)濟方面來比較,用1個3W白光LED燈點了50000h,總的花費是209元,若用25W白熾燈泡需花費688.4元,相差479.4元。 </p><p>　　2.6的設計背景本課題</p><p>　　白熾燈自發(fā)明以來已有150年歷史,而白光LED燈泡

56、生產(chǎn)才幾年。目前在市場上已有白光LED的手電筒、在礦上有白光LED的礦燈,不僅亮度好,而且節(jié)電。家用白光LED燈泡目前還沒有上市,而且目前只能生產(chǎn)小功率的燈泡,在亮度方面還不如節(jié)能熒光燈亮,且價位還較高,普通家庭還難以接受。 </p><p>　　隨著半導體材料及工藝技術(shù)的進步,生產(chǎn)量的增加,筆者認為可能還需3～5年時間,LED照明燈的性能會進一步地提高,價格也會不斷地下降,它將逐步地進入千家萬戶,給您帶來節(jié)電、

57、明亮的新的光源。</p><p>　　而且相比于其他燈具，LED節(jié)能燈的優(yōu)點主要體現(xiàn)在以下幾個方面：</p><p>　　1.高節(jié)能：節(jié)能能源無污染即為環(huán)保。直流驅(qū)動，超低功耗（單管0.03-0.07瓦）電光功率轉(zhuǎn)換接近100%，相同照明效果比傳統(tǒng)光源節(jié)能80%以上。 2.綠色環(huán)保：環(huán)保效益更佳，光譜中沒有紫外線和紅外線，也沒有輻射，眩光小，無污染，無汞有害氣體不含汞元素，冷光源，可以

58、安全觸摸，而且廢棄物可回收，屬于典型的綠色照明光源，無紫外線，紅外線是真正的綠色環(huán)保光源。 3.無輻射，杜絕輻射污染，保護大腦，具有優(yōu)越的靜電防護功能,光照效果柔和，恒流驅(qū)動，零頻閃，保護視力，預防近視；無紫外線輻射,直流燈無頻閃,真正白光近似自然晝光，適合視覺要求,保護眼睛皮膚 4.使用壽命，固體冷光源，環(huán)氧樹脂封裝，燈體內(nèi)也沒有松動的部分，不存在燈絲發(fā)光易燒、熱沉積、光衰等缺點，使用壽命可達6萬到10萬小時，是普通燈泡的50倍；

59、相當于不間斷照明10年時間，，幾乎是免維護，不存在要經(jīng)常更換燈管、鎮(zhèn)流器、起輝器的問題。5.靜音設計，整燈無任何噪音干擾。</p><p>　　適用范圍：寫字樓、工廠、商場、學校、居家等室內(nèi)照明。</p><p>　　因此,探討LED在節(jié)能燈中的應用，必將是今后一個階段照明系統(tǒng)的一個重要的發(fā)展方向。</p><p><b>　　第三章硬件設計</

60、b></p><p>　　3.1.驅(qū)動原理及應用 </p><p><b>　　一應用要求</b></p><p>　　1、驅(qū)動電路是一種專為LED供電的特種電源，要具有簡單的電路結(jié)構(gòu)、較小的占用體積，以及較高的轉(zhuǎn)換效率?！　?、驅(qū)動電路的輸出電參數(shù)(電流、電壓)

61、要與被驅(qū)動的LED的技術(shù)參數(shù)相匹配，滿足LED的要求，并具有較高精度的恒流控制、合適的限壓功能。多路輸出時，每一路的輸出都要能夠單獨控制?！　?、具有線性度較好的調(diào)光功能，以滿足不同應用場合對LED發(fā)光亮度調(diào)節(jié)的要求?！　?、在異常狀態(tài)(LED開路、短路、驅(qū)動電路故障)時，電路能夠?qū)﹄娐繁旧?、LED和使用者都有相應的保護作用?！　?、驅(qū)動電路工作時，對其他電路的正常工作干擾少，滿足相關(guān)的電磁兼容性要求。二、線性驅(qū)動應用　　線性

62、驅(qū)動應用是一種最為簡單和最為直接的驅(qū)動應用方式。在照明級白光LED應用中，雖然存在著效率低、調(diào)節(jié)性差等問題，但是由于其電路簡單、體積小巧，能滿足一般要求，因此在一些特定的場合應用較多?！　?、穩(wěn)壓電源Vdd+鎮(zhèn)流電阻R方式電路的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、成本低。于與LED串聯(lián)的電阻上的附加損耗較大，并且線性穩(wěn)壓電源Vdd自身的功耗也較大，因此兩者疊加在一起所得到總體的效率很低(<50％)，并且LED電流的控制精度低、亮</p>

63、<p>　　3.2.電容降壓原理介紹</p><p>　　電容降壓的工作原理并不復雜。他的工作原理是利用電容在一定的交流信號頻率下產(chǎn)生的容抗來限制最大工作電流。例如，在50Hz的工頻條件下，一個1uF的電容所產(chǎn)生的容抗約為3180歐姆。當220V的交流電壓加在電容器的兩端，則流過電容的最大電流約為70mA。雖然流過電容的電流有70mA，但在電容器上并不產(chǎn)生功耗，應為如果電容是一個理想電容，則流過電容

64、的電流為虛部電流，它所作的功為無功功率。根據(jù)這個特點，我們?nèi)绻谝粋€1uF的電容器上再串聯(lián)一個阻性元件，則阻性元件兩端所得到的電壓和它所產(chǎn)生的功耗完全取決于這個阻性元件的特性。例如，我們將一個110V/8W的燈泡與一個1uF的電容串聯(lián)，在接到220V/50Hz的交流電壓上，燈泡被點亮，發(fā)出正常的亮度而不會被燒毀。因為110V/8W的燈泡所需的電流為8W/110V=72mA，它與1uF電容所產(chǎn)生的限流特性相吻合。同理，我們也可以將5W/6

65、5V的燈泡與1uF電容串聯(lián)接到220V/50Hz的交流電上，燈泡同樣會被點亮，而不會被燒毀。因為5W/65V的燈泡的工作電流也約為70mA。因此，電容降壓實際上是利用容抗限流。而電容器實際上起到一個限制電流和動態(tài)分配</p><p>　　采用電容降壓時應注意以下幾點：</p><p>　　1 根據(jù)負載的電流大小和交流電的工作頻率選取適當?shù)碾娙荩皇且罁?jù)負載的電壓和功率。</p>

66、;<p>　　2 限流電容必須采用無極性電容，絕對不能采用電解電容。而且電容的耐壓須在400V以上。最理想的電容為鐵殼油浸電容。</p><p>　　3 電容降壓不能用于大功率條件，因為不安全。</p><p>　　4 電容降壓不適合動態(tài)負載條件。</p><p>　　5 同樣，電容降壓不適合容性和感性負載。</p><p>　

67、　電阻、電容和電感作為電子電路的基本元件，熟知它們的特性并靈活地應用它們是非常重要的。</p><p>　　3.3.應用電容降壓電路驅(qū)動LED節(jié)能燈</p><p>　　采用電容降壓電路是一種常見的小電流電源電路﹐由于其具有體積小﹑成本低﹑電流相對恒定等優(yōu)點﹐常應用于LED的驅(qū)動電路中。</p><p>　　3.3.1.舉例分析</p><p&g

68、t;　　圖一 為一個實際的采用電容降壓的LED驅(qū)動電路﹕請注意﹐大部分應用電路中沒有連接壓敏電阻或瞬變電壓抑制晶體管﹐建議連接上﹐因壓敏電阻或瞬變電壓抑制晶體管能在電壓突變瞬間( 如雷電﹑大用電設備起動等 )有效地將突變電流泄放﹐從而保護二級關(guān)和其它晶體管﹐它們的響應時間一般在微毫秒級 。</p><p>　　3.3.2.電路工作原理﹕</p><p&g

69、t;　　電容C1的作用為降壓和限流﹕大家都知道﹐電容的特性是通交流﹑隔直流﹐當電容連接于交流電路中時﹐其容抗計算公式為﹕</p><p>　　XC = 1/2πf C</p><p>　　式中﹐XC 表示電容的容抗﹑f 表示輸入交流電源的頻率﹑C 表示降壓電容的容量。</p><p>　　流過電容降壓電路的

70、電流計算公式為﹕</p><p><b>　　I = U/XC</b></p><p>　　式中  I   表示流過電容的電流﹑U 表示電源電壓﹑XC  表示電容的容抗</p><p>　　在220V﹑50Hz的交流電路中﹐當負載電壓遠遠小于22

71、0V時﹐電流與電容的關(guān)系式為﹕</p><p>　　I = 69C   其中電容的單位為uF﹐電流的單位為mA</p><p>　　電阻R1為泄放電阻﹐其作用為﹕當正弦波在最大峰值時刻被切斷時﹐電容C1上的殘存電荷無法釋放﹐會長久存在﹐在維修時如果人體接觸到C1的金屬部分﹐有強烈的觸電可能﹐而電阻R1的存在﹐能將殘存的電荷泄放掉﹐從而保證人

72、﹑機安全。泄放電阻的阻值與電容的大小有關(guān)﹐一般電容的容量越大﹐殘存的電荷就越多﹐泄放電阻就阻值就要選小些。經(jīng)驗數(shù)據(jù)如下表﹕</p><p>　　D1 ~ D4的作用是整流﹐其作用是將交流電整流為脈動直流電壓。</p><p>　　C2﹑C3的作用為濾波﹐其作用是將整流后的脈動直流電壓濾波成平穩(wěn)直流電壓</p><p>　　壓敏電阻( 或

73、瞬變電壓抑制晶體管 )的作用是將輸入電源中瞬間的脈沖高壓電壓對地泄放掉﹐從而保護LED不被瞬間高壓擊穿。</p><p>　　LED串聯(lián)的數(shù)量視其正向?qū)妷? Vf )而定﹐在220V AC電路中﹐最多可以達到80個左右。</p><p>　　組件選擇﹕電容的耐壓一般要求大于輸入電源電壓的峰值﹐在220V,50Hz的交流電路中時﹐可以選擇耐壓為40

74、0伏以上的滌綸電容或紙介質(zhì)電容。</p><p>　　D1 ~D4 可以選擇IN4007。</p><p>　　濾波電容C2﹑C3的耐壓根據(jù)負載電壓而定﹐一般為負載電壓的1.2倍。其電容容量視負載電流的大小而定。</p><p>　　下列電路圖為其它形式的電容降壓驅(qū)動電路﹐現(xiàn)舉例如下﹕</p><p><b>　

75、　圖   二</b></p><p>　　在圖 二 電路中﹐可控硅SCR及R3組成保護電路﹐當流過LED的電流大于設定值時﹐SCR導通一定的角度﹐從而對電路電流進行分流﹐使LED工作于恒流狀態(tài)﹐從而避免LED因瞬間高壓而損壞。</p><p><b>　　圖   三</b>&l

76、t;/p><p>　　在圖三電路中﹐C1﹑R1﹑壓敏電阻﹑L1﹑R2組成電源初級濾波電路﹐能將輸入瞬間高壓濾除﹐C2﹑R2組成降壓電路﹐C3﹑C4﹑L2﹑及壓敏電阻組成整流后的濾波電路。此電路采用雙重濾波電路﹐能有效地保護LED不被瞬間高壓擊穿損壞。  </p><p>　　圖四 是一個最簡單的電容降壓應用電路﹐電路中利用兩只反并聯(lián)的LED對降壓后的交流電壓進行整流﹐可以廣

77、泛應用于夜光燈﹑按鈕指示燈﹐要求不高的位置指示燈等場合。</p><p>　　3.4.硬件設計框圖</p><p><b>　　3.5.原理圖設計</b></p><p><b>　　3.6.PCB設計</b></p><p>　　3.7.電容降壓電源原理和計算公式</p><p

78、>　　這一類的電路通常用于低成本取得非隔離的小電流電源。它的輸出電壓通?？稍趲追饺龓资?，取決于所使用的齊納穩(wěn)壓管。所能提供的電流大小正比于限流電容容量。采用半波整流時，每微法電容可得到電流（平均值）為：（國際標準單位）    I(AV)=0.44*V/Zc=0.44*220*2*Pi*f*C        

79、;=0.44*220*2*3.14*50*C=30000C        =30000*0.000001=0.03A=30mA如果采用全波整流可得到雙倍的電流（平均值）為：    I(AV)=0.89*V/Zc=0.89*220*2*Pi*f*C     

80、60;  =0.89*220*2*3.14*50*C=60000C        =60000*0.000001=0.06A=60mA一般地，此類電路全波整流雖電流稍大，但是因為浮地，穩(wěn)定性和安全性要比半波整流型更差，所以用的更少。    使用這種電路時，需要注意以下事項： 

81、60;  1、未和220V交流高壓隔離，請注意安全，嚴防觸電！    2、限流電容須接于火線，耐壓要足夠大（大于400V），并加串防浪涌沖擊兼保險電阻</p><p><b>　　第四章裝配過程</b></p><p><b>　　4.1材料選擇</b></p><

82、p>　　4.1.1.降壓用CBB電容</p><p>　　常用CBB電容：常用CBB金屬化電容，規(guī)格有104/400V 、334/400V 、105/400V 等。</p><p>　　4.1.2.散光源LED燈</p><p>　　白色，分光分色，多個串聯(lián)不會出現(xiàn)色差 實際亮度15000~18000mcd 尺寸：5mm 透明 發(fā)光角度：20度 電壓：3.2-

83、3.4v 電流：20毫安</p><p>　　4.1.3.塑料外殼</p><p>　　4.1.4.其他材料</p><p>　　4.1.5.LED安裝底座</p><p>　　4.1.6.焊接完后的PCB圖:</p><p>　　4.1.7.成品圖片</p><p>　　本方案設計的為 20L

84、ED節(jié)能燈,材料包括E27燈頭，PBT阻燃外殼，20LED安裝線路板，電源線路板，降壓電容，濾波電解電容，硅橋，電阻，導線，不含LED。</p><p>　　設計功率1.5W左右，亮度超過10W普通燈泡，節(jié)能環(huán)保，特別合適做路燈，臺燈，夜明燈，也可用于家庭照明。</p><p><b>　　第五章結(jié)語</b></p><p>　　在此次LED節(jié)

85、能燈的設計中，充分的體現(xiàn)出大學的知識是綜合性的，是一個培養(yǎng)學生獨立思考能力靈活運用個方面知識的具有挑戰(zhàn)性的課題。剛開始的時候會感覺老師給的這個課題有點難，但人生不就是一個不斷克服困難的過程么？在此次課程設計的過程中，我發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足之處，比如說Protel學的不是很精只會一些皮毛而已，以及對書本上的知識掌握的不是很好。但是，我今后一定會把自己的不足之處給改正過來的。</p><p>　　剛開始會遇到很多挫折

86、，并不是說按照原理圖焊接出來，就直接可以正常使用，在這幾日里，我經(jīng)歷了階段性成功的狂喜，測試失敗后的沮喪，陷入困境的急噪，重新投入的振作，這樣的心路歷程是非常寶貴的體會，正是有了大家的鼎立合作終于成功了。同學們在設計的過程中互相幫助讓我深刻的體會出團結(jié)就是力量的含義。</p><p>　　讓我印象最深刻的就是，降壓電容配置不好,很容易燒毀,并且我還被觸電了多次.我現(xiàn)在才明白，單有理論還不夠的，照著書做是不夠的，我

87、們更需要的是實踐能力和經(jīng)驗。</p><p>　　除此之外，我還學會了焊接電路板，掌握了書本以外的電子電路方面的知識，尤其是在制作PCB板的時候受益扉淺，制板的過成中遇到另外種種問題，感謝實驗室各位老師提供的元器件、工具和幫助，更要感謝在我論文設計期間給予我重大幫助和鼓勵的蘇子民老師,他不厭其煩,認真指導,仔細講解,才使得設計能夠順利完成,同時還要感謝我的同學們給我很大的幫助。在此誠摯的對老師和幫助過我的同學們說

88、一聲：謝謝?。。?lt;/p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　首先，非常感謝我的指導教師**老師。感謝她在我畢業(yè)設計選題、總體方案設計、實驗設備、參考書籍等各方面對我的幫助和建議在整個設計、加工過程中，您給我們提出了許多和寶貴的建議和意見，讓學生少走了許多的彎路。通過您的指導讓讓我理清了設計思路，靈活地運用了以前所學的知識，把課本上的理論知識聯(lián)系到

89、實際運用中來。在未來的工作和學習中，我將以更好的成績來回報各位領(lǐng)導、老師和同學。</p><p>　　在此學生再次對您表示最忠心的感謝和敬意！</p><p><b>　　此致</b></p><p><b>　　敬禮</b></p><p><b>　　參考文獻</b><

90、;/p><p>　　[1] 童詩白. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M]. 北京: 高等教育出版社, 1988, 223-232</p><p>　　[2] 戶川治朗. 實用電源電路設計[C]. 北京: 科學出版社, 2006, 32-36</p><p>　　[3] 杜懷昌，肖懷寶，黃玲玲．CMOS集成電路原理與應用[M]，2006，157-160</p><

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