2022年白光LED基础知识

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1、名师精编优秀资料白光 LED基础知识1.LED发光原理1.1 用蓝色 LED激励黄色荧光粉。即将黄色荧光粉敷涂在蓝色LED表面，蓝色 LED本身光通量并不高，但在激励黄色荧光粉后产生的白光光通量是原蓝光光通量的8 倍。这种工艺是目前制造白光 LED的主要方法。1.2 将红、绿、蓝三种 LED集成在一起，通过调整其发光比例产生白光（即三基色远离），一般比例为红：绿：蓝=3：6：1。这种方式造价高，不适合于商品化发展。2.LED分类2.1LED 按照功率区分，可以分为大功率和小功率。0.5W 以下一般称为小功率，0.5W 以上称为大功率。3.LED内部结构3.1 大功率 LED除两个电极外，都还自

2、带有专门的散热结构和外部连接，用于提高散热效果。而小功率LED由于体积及成本原因，几乎都没有专门的散热结构，仅靠两个电极和外部连接，散热能力差。因此大功率灯具都应选择大功率LED，而小功率灯具（如LED灯泡、LED灯管）在对灯具散热进行优化设计后，可以采用小功率LED。以下为最普通的一种大功率LED结构图。a)大功率 LED的一种结构精选学习资料 -名师归纳总结-第 1 页，共 8 页名师精编优秀资料c)内部结构说明以下为 philips lumileds公司 Rebel 型大功率 LED结构图4.白光 LED基本技术指标4.1 光通量光通量是指单位时间内光源发出的光能总和。光通量的单位为“流

3、明”，符号为lm，光通量通常用 来表示。光通量越大，说明光源发出的光越多，按照通俗的理解，可以认为该光源亮度越高。光源的光通量可以通过积分球和光度计测量。精选学习资料 -名师归纳总结-第 2 页，共 8 页名师精编优秀资料 4.2 色温色温是表示光源光色的尺度，单位为K。当某一光源所发出的光的光谱分布与不反光、不透光完全吸收光的黑体在某一温度时辐射出的光谱分布相同时，我们就把绝对黑体的温度称之为这一光源的色温。一些常用光源的色温为：钨丝灯为2760-2900K；荧光灯为3000K；中午阳光为5400K；蓝天为 12000-18000K；高压钠灯为2000-2500K。LED 光源可以通过改变荧

4、光粉的配比来控制色温输出，一般范围为2000K-10000K。人对不同色温的光源感官反应也不同，一般按色温可将光源分为三种：3300K 温暖（带红的白色）暖白光30005000K 中间（白色）正白光5000K 清凉型（带蓝的白色）冷白光比如，家庭多使用暖白光，而办公环境多使用正白光或冷白光。色温可以通过光谱分析仪测量。4.3 显色指数和显色性光源照射到物体后反应物体本身颜色的能力称为显色性，显色性高低用显色指数来表示。显色指数的符号为Ra，最大为100（自然光），显色指数越高，说明光源的显色性越好。常见光源的显色指数如下：白炽灯97 日光色荧光灯80-94 白色荧光灯75-85 暖白色荧光灯8

5、0-90 卤钨灯95-99 高压汞灯22-51 高压钠灯20-30 金属卤化物灯60-65 LED 灯 65-90 显色指数可以通过光谱分析仪测量。4.4 正向电压LED的本质就是二极管，它的电压即指二极管的管压降，用Vf 表示，单位为 V。为了得到更高的光效，在同样光通量（亮度）前提下，LED 的电压越低越好。一般白色、纯绿色、蓝色 LED的电压为 3V左右，红色、黄色LED的电压为 2V左右。精选学习资料 -名师归纳总结-第 3 页，共 8 页名师精编优秀资料 4.5 电流电流指流过LED电流。但应区分两个概念：LED最大驱动电流和实际驱动电流。实际应用中，LED的驱动电流绝对不允许超过最

6、大驱动电流，否则可能损坏LED或导致亮度快速衰减。LED属于电流型器件：电流越大，光通量越高（即亮度越高）；电流越小，光通量越低（即亮度越低）。但提高电流会导致功率上升，发热量增加，光效降低，影响LED的寿命。4.6 光效光效指在消耗单位功率条件下输出的光通量。光效可以分为光源光效和整灯光效。单位都是 lm/w（流明每瓦）。光源光效指单个光源在消耗单位功率条件下输出的光通量。整灯光效指整个灯具在消耗单位功率条件下输出的光通量。4.6.1 光源光效从上式可以看出，只要测试出光源光通量及光源电压和光源电流即可计算出光源光效。光源光通量可以通过小型积分球测量，光源电压和光源电流可以通过精密电源测量。

7、注意：光源光效应注明测试电流，在不同测试电流情况下，测得的光效是不同的，因为LED的光通量输出虽然会随着电流的增加而增加，但不是线性增加。下图为某型号LED驱动电流和光通量输出曲线（纵轴数字为光通量输出的比例）。4.6.2 整灯光效整灯光效指在将 LED装配到灯具内部后，对整个灯具进行的测试。精选学习资料 -名师归纳总结-第 4 页，共 8 页名师精编优秀资料从上式可以看出，只要测试出灯具的整灯光通量及整灯功率即可计算出整灯光效。整灯光通量可以通过大型积分球或分布式光度计测量，整灯功率可以通过综合电量表测量。对比以上两个公式可以发现，整灯光效要明显小于光源光效。因为：LED 光源被装配到灯具内

8、部后，会在透镜、面板部分产生透光损失和反射损失，导致最终灯具光通量下降。光损的多少可以用灯具效率来表示：LED 灯具的功率除了光源部分功率之外，驱动电源自身还需要消耗一部分能量。电源自耗功率的多少可以用电源效率来标识：4.7 LED各参数之间的关系 4.7.1 色温划分以下为三原色图，中心椭圆区域为白光区，白光区内越接近左下角色温越高，白光区内越接近右上角色温越低。在白光内，可以划分为多个区域，ABC 的色温相同，都是 6500K-8500K；DEF的色温相同，都是4500K-6500K；GHI的色温相同，都是2500K-4500K。精选学习资料 -名师归纳总结-第 5 页，共 8 页名师精编

9、优秀资料4.7.2 色温和显色指数色温和显色指数没有直接关系。例如，色温分别为2700K和 3400K 的 LED，显色指数都可以达到 85 以上。4.7.3 色温和光通量同型号 LED（指芯片和工艺相同），色温降低，光通量也随之降低；色温提高，光通量也随之提高。因此在早期制造灯具的过程中，由于LED本身的光通量并不高，所以通常选择高色温的 LED。4.7.4 色温混合可以将高色温LED和低色温 LED混合使用，这样灯具的色温会表现为中间色温。例如：将 2700K的 LED和 5000K的 LED混合使用，灯具的色温应介于2700K和 5000K之间。4.7.6 显色指数混合精选学习资料 -名

10、师归纳总结-第 6 页，共 8 页名师精编优秀资料可以将高显色性LED和低显色性 LED混合使用，这样灯具的显色性会在两者之间。例如：将 Ra=65的 LED和 Ra=85的 LED混合使用，灯具的显色指数应介于65 和 85 之间。5.LED使用过程中的注意事项5.1 严禁用手或其他物品按压所有 LED的透镜表面均严禁用手或其他物品按压，否则会导致LED损坏。从前面介绍的大功率 LED内部结构部分我们了解到，LED芯片和外接电极之间大多采用金线焊接，金线及金线末端的焊接部分仅能承受约10g 力，因此外部很小的压力就会导致金线或金线末端的焊接部分断裂，从而造成LED损坏。5.2 防止化学品沾污

11、所有 LED严禁化学品沾污。灯具生产过程中使用的酒精、助焊剂、各种胶水、抹字水等化学品都具有很强的氧化性，会对LED内的荧光粉、芯片产生严重腐蚀，导致LED损坏。5.3 回流焊控制所有 LED仅能过 1 次回流焊，重复焊接会严重损伤LED，因此在对 LED进行回流焊操作前必须确认以下内容：5.3.1 温度曲线符合 LED器件的要求，新的LED器件首次回流焊前必须和LED厂家确认温度曲线。5.3.2 LED器件符合潮湿敏感度标准要求，达不到标准的应按生产厂家要求进行烘烤后再焊接。5.3.4 LED 进入回流焊设备前应确保进行了必要的检查，以防止LED贴装不良。6.LED串联及并联分组对比LED灯

12、具的光源部分一般都是由多颗LED组成，这些 LED在电气连接上可能是串联，也可能是并联，实际使用中以串联为主。6.1 串联连接如上图所示，一组LED采用串联方式，由电源提供恒定电流驱动。串联方式能够保证回路中所有LED电流一致，但在串联回路中LED数量较多时，需要电源输出较高电压，同时，串联回路存在一只LED开路导致整个回路失效（整个回路不亮）的风险。LED失效会产生两种后果：开路或短路。开路会造成整个串联回路中所有LED熄灭；而精选学习资料 -名师归纳总结-第 7 页，共 8 页名师精编优秀资料短路则不会影响串联回路中其他LED正常工作。大量实践证明，LED失效基本上为短路，开路现象极少，因

13、此串联使用是安全的。6.2 并联连接如上图所示，多只LED采用先串联后并联的方式由电源驱动。在驱动相同数量LED时，并联方式不需要电源输出很高电压。例如：某盏灯具总共有60 只 LED，若每只 LED的电压为3V，则串联方式电源输出电压至少为180V；而采用 3 路并联后，电源输出电压仅需要60V。并联方式中，电源输出的电流I 恒定，每条并联支路的电流分别为i1、i2、i3，在理想情况下（每条支路上所有LED的电压和相等），i1=i2=i3=1/3I，也就是说，在并联方式下，电源输出的总电流应根据分支路数的多少成倍增加。应特别注意：并联方式存在比较明显的隐患，如上图，实际上有一点非常关键，i1、i2、i3 并不一等相等。由于LED的电压存在离散性，我们无法保证每条支路路上LED的总电压一致，但是并联电路的原理决定了每条支路的电压必须一致，这样就导致电压高的支路电流小，电压低的支路电流大。极限情况下，电压低的支路电流可能超过安全值，造成LED损坏。若有 LED损坏，后果会更加严重，整个灯具可能在短时间内损坏：某条支路有一只LED开路，该支路的电流会分担到其他支路，造成其他支路超负荷工作；某条支路有一只LED短路，会造成该支路电压下降、电流急剧增加，而其他支路的电流均减小。因此，在实际使用中，应尽量避免采用并联驱动方式。精选学习资料 -名师归纳总结-第 8 页，共 8 页