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【摘 要】 LED即为发光二极管，是二十一世纪最具发展前景的新一代照明光源，它与传统光源相比在能耗、寿命、无污染及亮度等方面有明显优势。而今节能减排是时代发展的趋势，随着LED光源技术的加快发展，未来几年内将逐步取代白炽灯、荧光灯。本课题的主要内容就是针对LED照明技术及应用领域等方面做一些研究，可为从事这一方面工作的相关人员做一些参考。
【关键词】 LED照明技术；应用研究；驱动电路；调光控制
1 LED简介
LED又称发光二极管，它的心脏是一个半导体的晶片，由两部分组成，一部分是P型半导体，空穴占主导地位，另一端是N型半导体，主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个“P-N结”。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。而光的波长决定光的颜色，是由形成P-N结材料决定的。LED按发光颜色可分成红色、橙色、绿色、蓝光、白光等，也可以封装二种或三种颜色，按封装方式可以分为管状和贴片、功率型三种。
LED具有如下优点：①节能安全：LED使用低电压源，一般LED的工作电压是2-3.6V，工作电流是0.02-0.03A，电的耗电量不超过0.1W，同等亮度下耗电为普通节能灯的三分之一。②绿色环保：不含汞铅等有害物质，不排出温室气体，无污染，发光无频闪，无电磁干扰，对视力无任何伤害。③寿命长：在恰当的电流和电压下，LED的使用寿命可达10万小时。④响应快：普通白炽灯的响应时间为（毫秒）级，而LED的响应时间为NS（纳秒）级。⑤适用性：LED基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面，它的体积非常的小，所以可以制备成各种形状的器件，适合于易变的环境。⑥安全可靠易维护；固态光源，没有传统灯泡的钨丝玻壳等易碎部件，经得起震动冲击，维护费用低廉，开关次数百万次以上。
2 LED的调光控制
传统上，LED的调光是利用一个DC信号或滤液PWM对LED中的正向电流进行调节来完成的。减小LED电流将起到调节LED光输出强度的作用，然而，正向电流的变化也会改变LED的彩色，因为LED的色度会随着电流的变化而变化。由于周围环境中存在不同的光线变化，而且人眼对于光强的微小变化都很敏感，因此宽范围调光是必需的。通过施加一个PWM信号来控制LED亮度的做法允许不改变彩色的情况下完成LED的调光。
调节LED亮度有三种常用方法：①使用SET电阻，在LED驱动控制IC引脚RSET两端并联不同的转换电阻，使用一个直流电压设置LED驱动控制IC引脚RSET的电流，从而改变LED的正向工作电流，达到调节ALED发光亮度的目的。②采用PWM技术，利用PWM控制信号，通过控制LED的正向工作电流的占空比来调节ALED的发光亮度。③线性调节，在LED驱动控制C中使用外部SET电阻来实现LED的调光控制，但会降低效率，并引起白光LED朝向黄色光谱的色彩偏移。
3 LED驱动电路举例
LED驱动电路除了要满足安全要求外，还应具备另外两个基本功能，一是尽可能保持恒流特性，尤其在电源电压发生±15%的变动时，仍应能保持输出电流在±10%的范围内变动。二是应保持较低的自身功耗，这样才能使LED的系统效率保持在较高水平。
图1的电路是直接采用电容作为限流元件的LED驱动电路，在此电路中，由于电容上的分压几乎达到了全部电源电压，所以具有良好的限流特性。当电源电压在±10%波动时，输出电流也在≤±10%内波动，只要在设计中把LED的额定值留有一定的余量，就能保证在电源电压波动时LED仍处于良好的工作状态。由于电容的介质损耗极小，所以电路的损耗很小，电阻R的作用是在断电时，保证电容上的电压能及时放掉，其阻值可≥3MΩ，每组串联的LED中，可加有一个IN4007二极管，当两组串联的LED有一个内部开路时，另一组有可能被反向电压击穿，如串入一个IN4007二极管，则可保护剩余的LED不损坏。
4 LED的应用
4.1 LED大面积显示屏
LED大面积显示屏应用广泛，主要因为具有如下性能：①发光亮度强，在可视距离内阳光直射屏幕表面时，显示内容清晰可见。②采用静态锁存扫描方式，大功率驱动，充分保证发光亮度。③具有自动亮度调节功能，可在不同亮度环境下获得最佳播放效果。④全面采用进口大规模集成电路，可靠性大大提高，便于调试维护。⑤全天候工作，完全适应户外各种恶劣性环境。⑥先进的数字化视频处理，技术分布式扫描，BSV液晶拼接技术高清显示，影像画面清晰、无抖动和重影。
4.2 LED与建筑构件的结合
LED灯本身具有装饰性，还可以装入透明中空的管线中制成线性发光条或带，嵌装在建筑立面构件外沿需要做夜景装饰的部位装置，以形成和建筑一体的线性内透光。发光条由于体积小，不发光时也不会引人注意。还可将点光源LED灯和小的发光盒等发光体和墙面或屋面组合一体。光点的分布视建筑表面和构造而定，如大片墙面，一般均匀布置光点，对网架结构的墙面，光点一般布置在网架节点位置，形成类似满天星的建筑表面。
4.3信号灯
主要用于交通信号灯和汽车内部的仪表板、音响指示灯、开关的背光源、阅读灯和外部的刹车灯、尾灯、侧灯以及头灯等汽车用灯，交通信号灯主要用超高亮度红、绿、黄色LED。由于LED响应速度快，可以及早提醒司机刹车，减少汽车追尾事故。
4.4家用室内照明灯
LED产品越来受人欢迎，LED筒灯，LED天花灯，LED日光灯，LED光纤灯已悄悄地进入家庭。LED光源材料的照明灯具市场正在形成并呈上升趋势。白光LED是最被看好的LED新兴产品，其在照明市场的发展值得期待。
5 结语
LED现已成为具有发展前景和影响力的一项高新技术产品，随着现代科技的发展和LED技术的广泛应用及潜在价值与市场，今后LED将显示出更加强大的发展潜力。
参考文献：
[1]周志敏，纪爱华.LED照明技术与工程应用（第一版）.中国电力出版社.2001，1.
[2]雷玉堂，黎慧.未来的照明光源—白光LED技术及其发展.武汉：武汉乐通光电新技术研究所，2003.
[3]李农，杨燕.LED照明设计与应用（第一版）.科学出版社.2009，10.
作者简介：范灵芝，教育学学士，工程硕士。毕业于浙江师范大学，现工作于金华职业技术学院。主要从事电路系统，单片机应用和通信方面的研究。
本论文得到金华市科学技术研究计划项目《基于电力载波和无线通信的家用LED照明集控系统研制》的资助，项目编号为2011-1-091。
【关键词】 LED照明技术；应用研究；驱动电路；调光控制
1 LED简介
LED又称发光二极管，它的心脏是一个半导体的晶片，由两部分组成，一部分是P型半导体，空穴占主导地位，另一端是N型半导体，主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个“P-N结”。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。而光的波长决定光的颜色，是由形成P-N结材料决定的。LED按发光颜色可分成红色、橙色、绿色、蓝光、白光等，也可以封装二种或三种颜色，按封装方式可以分为管状和贴片、功率型三种。
LED具有如下优点：①节能安全：LED使用低电压源，一般LED的工作电压是2-3.6V，工作电流是0.02-0.03A，电的耗电量不超过0.1W，同等亮度下耗电为普通节能灯的三分之一。②绿色环保：不含汞铅等有害物质，不排出温室气体，无污染，发光无频闪，无电磁干扰，对视力无任何伤害。③寿命长：在恰当的电流和电压下，LED的使用寿命可达10万小时。④响应快：普通白炽灯的响应时间为（毫秒）级，而LED的响应时间为NS（纳秒）级。⑤适用性：LED基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面，它的体积非常的小，所以可以制备成各种形状的器件，适合于易变的环境。⑥安全可靠易维护；固态光源，没有传统灯泡的钨丝玻壳等易碎部件，经得起震动冲击，维护费用低廉，开关次数百万次以上。
2 LED的调光控制
传统上，LED的调光是利用一个DC信号或滤液PWM对LED中的正向电流进行调节来完成的。减小LED电流将起到调节LED光输出强度的作用，然而，正向电流的变化也会改变LED的彩色，因为LED的色度会随着电流的变化而变化。由于周围环境中存在不同的光线变化，而且人眼对于光强的微小变化都很敏感，因此宽范围调光是必需的。通过施加一个PWM信号来控制LED亮度的做法允许不改变彩色的情况下完成LED的调光。
调节LED亮度有三种常用方法：①使用SET电阻，在LED驱动控制IC引脚RSET两端并联不同的转换电阻，使用一个直流电压设置LED驱动控制IC引脚RSET的电流，从而改变LED的正向工作电流，达到调节ALED发光亮度的目的。②采用PWM技术，利用PWM控制信号，通过控制LED的正向工作电流的占空比来调节ALED的发光亮度。③线性调节，在LED驱动控制C中使用外部SET电阻来实现LED的调光控制，但会降低效率，并引起白光LED朝向黄色光谱的色彩偏移。
3 LED驱动电路举例
LED驱动电路除了要满足安全要求外，还应具备另外两个基本功能，一是尽可能保持恒流特性，尤其在电源电压发生±15%的变动时，仍应能保持输出电流在±10%的范围内变动。二是应保持较低的自身功耗，这样才能使LED的系统效率保持在较高水平。
图1的电路是直接采用电容作为限流元件的LED驱动电路，在此电路中，由于电容上的分压几乎达到了全部电源电压，所以具有良好的限流特性。当电源电压在±10%波动时，输出电流也在≤±10%内波动，只要在设计中把LED的额定值留有一定的余量，就能保证在电源电压波动时LED仍处于良好的工作状态。由于电容的介质损耗极小，所以电路的损耗很小，电阻R的作用是在断电时，保证电容上的电压能及时放掉，其阻值可≥3MΩ，每组串联的LED中，可加有一个IN4007二极管，当两组串联的LED有一个内部开路时，另一组有可能被反向电压击穿，如串入一个IN4007二极管，则可保护剩余的LED不损坏。
4 LED的应用
4.1 LED大面积显示屏
LED大面积显示屏应用广泛，主要因为具有如下性能：①发光亮度强，在可视距离内阳光直射屏幕表面时，显示内容清晰可见。②采用静态锁存扫描方式，大功率驱动，充分保证发光亮度。③具有自动亮度调节功能，可在不同亮度环境下获得最佳播放效果。④全面采用进口大规模集成电路，可靠性大大提高，便于调试维护。⑤全天候工作，完全适应户外各种恶劣性环境。⑥先进的数字化视频处理，技术分布式扫描，BSV液晶拼接技术高清显示，影像画面清晰、无抖动和重影。
4.2 LED与建筑构件的结合
LED灯本身具有装饰性，还可以装入透明中空的管线中制成线性发光条或带，嵌装在建筑立面构件外沿需要做夜景装饰的部位装置，以形成和建筑一体的线性内透光。发光条由于体积小，不发光时也不会引人注意。还可将点光源LED灯和小的发光盒等发光体和墙面或屋面组合一体。光点的分布视建筑表面和构造而定，如大片墙面，一般均匀布置光点，对网架结构的墙面，光点一般布置在网架节点位置，形成类似满天星的建筑表面。
4.3信号灯
主要用于交通信号灯和汽车内部的仪表板、音响指示灯、开关的背光源、阅读灯和外部的刹车灯、尾灯、侧灯以及头灯等汽车用灯，交通信号灯主要用超高亮度红、绿、黄色LED。由于LED响应速度快，可以及早提醒司机刹车，减少汽车追尾事故。
4.4家用室内照明灯
LED产品越来受人欢迎，LED筒灯，LED天花灯，LED日光灯，LED光纤灯已悄悄地进入家庭。LED光源材料的照明灯具市场正在形成并呈上升趋势。白光LED是最被看好的LED新兴产品，其在照明市场的发展值得期待。
5 结语
LED现已成为具有发展前景和影响力的一项高新技术产品，随着现代科技的发展和LED技术的广泛应用及潜在价值与市场，今后LED将显示出更加强大的发展潜力。
参考文献：
[1]周志敏，纪爱华.LED照明技术与工程应用（第一版）.中国电力出版社.2001，1.
[2]雷玉堂，黎慧.未来的照明光源—白光LED技术及其发展.武汉：武汉乐通光电新技术研究所，2003.
[3]李农，杨燕.LED照明设计与应用（第一版）.科学出版社.2009，10.
作者简介：范灵芝，教育学学士，工程硕士。毕业于浙江师范大学，现工作于金华职业技术学院。主要从事电路系统，单片机应用和通信方面的研究。
本论文得到金华市科学技术研究计划项目《基于电力载波和无线通信的家用LED照明集控系统研制》的资助，项目编号为2011-1-091。