大功率LED培训

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2021/9/27,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2021/9/27,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2021/9/27,*,*,大功率培训,2021/9/27,1,LED简介,L,ight,E,mitting,D,iode,英文縮寫成 LED,中文意思為“發光二極管”,LED是由半導體材料製成的發光元件。,通過電子的運動，將電能轉換為光能。,屬於“固態發光器件”。,LED的根本是一个二极管。,2021/9/27,2,第1章 二极管与LED的简介,1.1 二极管的工作原理,1.2 LED的工作原理,1.3 二极管的V-I曲线,1.4 LED的V-I曲线,1.5 二极管的重要参数,1.6 LED的重要参数,1.7 温度对二极管的影响,1.8 温度对LED的影响,2021/9/27,3,1.1二极管的工作原理,晶体二极管为一个由p型半导体和n型半导体形成的p-n结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。当不存在外加电压时，由于p-n 结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。,当外界有正向电压偏置时，外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流。,当外界有反向电压偏置时，外界电场和自建电场进一步加强，形成在一定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流IS。,当外加的反向电压高到一定程度时，p-n结空间电荷层中的电场强度达到临界值产生载流子的倍增过程，产生大量电子空穴对，产生了数值很大的反向击穿电流，称为二极管的击穿现象。,2021/9/27,4,1.2 LED的工作原理,发光二极管(Light Emitting Diode：LED)是由化学元素周期表上三价与五价以及二价及六价元素，混合形成的化合物半导体材料所制成。LED发光的原理是对化合物半导体施加电流，让p区的电洞往n区移动，n区的电子向p区游走，使得电子与电洞在空乏层相互结合，由於电子由导电带转移至价电带后丧失能阶使得过剩的能量以光的形式释出能量，进而形成可见光。,2021/9/27,5,三价与五价、二价及六价元素,2021/9/27,6,1.3 二极管的重要参数,1、最大整流电流IF：是指管子长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。因为电流通过PN结要引起管子发热，电流太大，发热量超过限度，就会使PN结烧坏。,2、反向击穿电压VBR：指管子反向击穿时的电压值。击穿时，反向电流剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至因过热而烧毁。一般手册给出的最高反向工作电压约为击穿电压的一半，以确保管子安全运行。,3、反向电流IR：指管子末击穿时的反向电流，其值愈小，则管子的单向导电性愈好。由于温度增加，反向电流会急剧增加，所以在使用二极管时要注意温度的影响。,4、正向压降VD：在规定的正向电流下，二极管的正向电压降。小电流硅二极管的正向压降在中等电流水平下，约0.60.8V，锗二极管约0.20.3V。,2021/9/27,7,1.4 LED的重要参数,Vf为产品的顺向电压，即是当我们定义了某个 LED 所使用的操作电流之后，在那个电流順向流过的时候，在LED两侧所产生的电压差。,If为产品的顺向电流，即是经过计算与试验，在考虑到寿命、发光性能等特性的前提下，所建议的操作电流。,IR为反向漏电流因LED具有单向导通特性，所以加以反向电压时,只有极小的漏电流(IR)通过。IR越大，LED的特性越差。一般的测试条件为 VR=5v。,产品的If值均为定值而Vf值为一个范围。在同一批产品中，If 值相同，而Vf值则可能互有偏差。,2021/9/27,8,1.5二极管的特性曲线,1、正向特性：,当V0，二极管处于正向特性区域。正向区又分为两段：,当0VVth时，正向电流为零，Vth称为死区电压或开启电压。,当VVth时，开始出现正向电流，并按指数规律增长。,2、反向特性当V0时，二极管处于反向特性区域。反向区也分两个区域：,当VBRV0时，反向电流很小，且基本不随反向电压的变化而变化，此时的反向电流也称反向饱和电流IS。,当VVBR时，反向电流急剧增加，VBR称为反向击穿电压。,3、击穿特性当反向电压增加到某一数值时，反向电流急剧增大，这种现象称为反向击穿。,2021/9/27,9,1.6 LED的特性曲线,红色、黄色VF值为1.82.8,蓝色、绿色VF值为2.83.8,反向电压IR均为5V不大于10uA,2021/9/27,10,1.7 温度对二极管的影响,温度对二极管的性能有较大的影响，温度升高时，反向电流将呈指数规律增加，如硅二极管温度每增加8，反向电流将约增加一倍：锗二极管温度每增加12，反向电流大约增加一倍。另外，温度升高时，二极管的正向压降将减小，每增加1，正向压降VD大约减小2mV，既具有负的温度系数。这些可以从右图所示二极管的伏安特性曲线上看出。,2021/9/27,11,1.8 温度对LED的影响,1.电性能的影响,LED在使用过程中由于温度升高，内阻降低，在恒压情况下电流增大后烧毁,2.光性能的影响,LED长期高温点亮会引起光衰，直接影响使用寿命,2021/9/27,12,第2章 大功率的使用注意事项,2.1产品的散热,2.2产品的驱动,2.3产品的静电防护,2021/9/27,13,2.1产品的散热,对于大功率 LED而言，虽然在封裝上已经尽量的降低热阻和提高散热量，但产品在工作中所产生的热量仍然不可忽视。如果在没有任何散热处理的条件下使用的话，那么产品的使用寿命是非常短暂的（只有几分钟甚至更短）。而在散热条件不够好时，产品长期工作在不被允许的温度下时，其亮度与寿命将会有显著的衰减。,2021/9/27,14,热阻 thermal resistance,热阻：反映阻止热量传递的能力的综合参量。,接触热阻：当热量流过两个相接触的固体的交界面时，界面本身对热流呈现出明显的热阻，称为接触热阻。产生接触热阻的主要原因是，任何外表上看来接触良好的两物体，直接接触的实际面积只是交界面的一部分，其余部分都是缝隙。热量依靠缝隙内气体的热传导和热辐射进行传递，而它们的传热能力远不及一般的固体材料。,减小接触热阻的措施是：增加两物体接触面的压力，使物体交界面上的突出部分变形，从而减小缝隙增大接触面。在两物体交界面处涂上有较高导热能力的胶状物体导热硅脂。,2021/9/27,15,散热,大功率产品在设计上都有一个用来散热的部分，这个部分在使用过程中必须与LED紧密衔接。散热膏（导热硅脂）可以帮助我们作到这一点，它可以很好的填补金属的微观缝隙，提高热量的传导。但我们在使用时也要注意到散热膏自身也是高热阻的来源，因此要尽可能选择导热系数高的散热膏，并在使用时要涂抹的均匀和极薄。,散热板的材料自然是要选择高导热的材料，而且要有足够大的面积，这样才能使产品在使用时温度控制在允许的范围之内。,产品在使用时会经过焊接操作，在焊接过程中的温度与时间都要在产品规格书所指定的范围之内。否则会直接损坏产品或严重影响产品的品质。,2021/9/27,16,各种材料的导热率,材料,导热率/w（m.k）,材料,导热率/w（m.k）,碳钢（C=0.51.5）,39.236.7,银,427,镍钢（Ni=1%50%）,45.519.6,锡,67,黄铜（70Cu-30Zn）,109,锌,121,铝合金（60Cu-40Ni）,22.2,纯铜,398,铝合金（87Al-13Si）,162,黄金,215,铝青铜（90Cu-10Al）,56,纯铝,236,镁,156,纯铁,81.1,钼,138,玻璃,0.65-0.71,铂,71.4,空气,0.023,2021/9/27,17,导热率计算公式及单位,K=Qd/AT R=AT/Q,K导热率（W/mk),Q热能（W）,A接触面积（）,d热能传导距离（m),T温度差（K）,R材料热阻值,2021/9/27,18,2.2产品的驱动,大功率LED其本质为一个二极管，因此不管功率大小，都有相类似的电性特征，即在导通条件下电压的微小变化会引起电流的大幅度变化。在同一批产品中，If 值相同，而Vf值则可能互有偏差。如果使用恒压源供电，那么产品将工作在三种条件下：,1在额定值下工作；,2未达到额定值；,3超额定值工作。,在最后一种情况下，一旦流过的电流超过了半导体界面所能负荷的电流密度，那么产品便会在短时间内严重受损或者完全烧毁。而在前两种情况下由于产品损耗功率不同，亮度也会有明有暗，影响产品的使用效果。即便是在第一种情况下，当外界温度升高后，LED光源内阻会减小，则产品的工作状态由第一种转变为第三种即超额定值工作，结果可想而知。因此在使用中最好选用恒流源供电，既保证产品在额定电流值下工作，又保证产品的工作电流不受外界温度的影响。,2021/9/27,19,举例,IF=350mA,A:VF=3.5V 实际供电3.5V,B:VF=3.3V 实际供电3.5V,C:VF=3.7V 实际供电3.5V,理想功率 实际功率,A:3.5*0.350=1.225 A:3.5*0.350=1.225,B:3.3*0.350=1.155 B:3.5*0.450=1.575,C:3.7*0.350=1.295 C:3.5*0.300=1.050,2021/9/27,20,2.3产品的静电防护,静电对LED产品的伤害是致命的，虽然有些被静电破坏的产品最初没有什么特殊的现象，但其内部已经遭到破坏，再使用过程中将逐渐表现出来，直至死灯（或无法使用）。如果这种产品与其他产品在同一电路中使用的话，其自身的损坏会对整个电路中的产品带来影响。,LED产品在生产的过程中必须要采用非常严格的防静电措施，如：工作台要接地，工人要穿防静电服装，带静电环，以及带防静电手套、安装防静电离子风机等等，同时也要保证车间的湿度在65%左右，以免空气过于干燥产生静电。,产品在使用过程中也要注意静电的防护工作，防护主要分为人体静电防护和机器静电防护，即工作人员在对LED产品进行操作是要有一定的防静电措施（带静电环、防静电手套）同时操作的机台也要有防静电措施（接地）。其中，机台的接地，不可依赖电源的地线或接在自来水管上的地线，而要是真正的与大地相接的地线。这里尤其指出如烙铁在使用时就要有良好的接地。,2021/9/27,21,LED专业术语解释:色温,以绝对温度 K 来表示，即将一标准黑体加热，温度升高到一定程度时颜色开始由深红-浅红-橙黄-白-蓝，逐渐改变，某光源与黑体的颜色相同时，我们将黑体当时的绝对温度称为该光源之色温。,因相关色温度事实上是以黑体辐射接近光源光色时，对该光源光色表现的评价值，并非一种精确的颜色对比，故具相同色温值的二光源，可能在光色外观上仍有些许差异。仅色温无法了解光源对物体的显色能力，或在该光源下物体颜色的再现如何。不同光源环境的相关色温度。,2021/9/27,22,不同光源环境的相关色温度,光源,色温,光源,色温,北方晴空,8000-8500k,高压汞灯,3450-3750k,阴天,6500-7500k,暖色营光灯,2500-3000k,夏日正午阳光,5500k,卤素灯,3000k,金属卤化物灯,4000-4600k,钨丝灯,2700k,下午日光,4000k,高压钠灯,1950-2250k,冷色荧光灯,4000-5000k,蜡烛光,2000k,2021/9/27,23,LED专业术语解释:显 色 性,光源对物体本身颜色呈现的程度称为显色性，也就是颜色逼真的程度；光源的显色性是由显色指数来表明，它表示物体在光下颜色比基准光（太阳光）照明时颜色的偏离，能较全面反映光源的颜色特性。显色性高的光源对颜色表现较好，我们所见到的颜色也就接近自然色，显色性低的光源对颜色表现较差，我们所见到的颜色偏差也较大。国际照明委员会 CIE 把太阳的显色指数定为 100，各