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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)：單向?qū)щ娦?，即外加正偏壓表現(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)對于V0 為開啟電壓，當(dāng)V＜Va，外加電場尚克服不少因載流子擴(kuò)散而形成勢壘電場，此時R很大；開啟電壓對于不同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 電壓對應(yīng)IR 為反向漏電流。當(dāng)反向偏壓一直增加使V＜- VR 時，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)光峰值波長及其光譜分布
⑴ LED 發(fā)光強(qiáng)度或光功率輸出隨著波長變化而不同，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、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，無論什么材料制成的LED，都有一個相對光強(qiáng)度最強(qiáng)處（光輸出最大），與之相對應(yīng)有一個波長，此波長叫峰值波長，用λp表示。只有單色光才有λp波長。 第二講 照明用LED驅(qū)動電源設(shè)計基礎(chǔ)LED 的排列方式及LED 光源的規(guī)范決定著基本的驅(qū)動器要求。LED 驅(qū)動器的主要功能就是在一定的工作條件范圍下限制流過LED 的電流， 而無論輸入及輸出電壓如何變化。最常用的是采用變壓器來進(jìn)行電氣隔離。文中論述了LED 照明設(shè)計需要考慮的因素 一、LED驅(qū)動器通用要求 驅(qū)動LED 面臨著不少挑戰(zhàn)，如正向電壓會隨著溫度、電流的變化而變化，而不同個體、不同批次、不同供應(yīng)商的LED 正向電壓也會有差異；另外，LED 的“色點(diǎn)”也會隨著電流及溫度的變化而漂移。 另外，應(yīng)用中通常會使用多顆LED，這就涉及到多顆LED 的排列方式問題。各種排列方式中， 首選驅(qū)動串聯(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。如在交叉連接中，如果其中某個LED 因故障開路，電路中僅有1 個LED 的驅(qū)動電流會加倍，從而盡量減少對整個電路的影響。  LED 的排列方式及LED 光源的規(guī)范決定著基本的驅(qū)動器要求。LED 驅(qū)動器的主要功能就是在一定的工作條件范圍下限制流過LED 的電流， 而無論輸入及輸出電壓如何變化。LED驅(qū)動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)之間沒有物理上的電氣連接，最常用的是采用變壓器來電氣隔離，而“非隔離”則沒有采用高頻變壓器來電氣隔離。  值得一提的是，在LED 照明設(shè)計中，AC-DC 電源轉(zhuǎn)換與恒流驅(qū)動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)勢包括優(yōu)化能效及簡化安裝等； 2)分布式(distributed)配置，即兩者單獨(dú)存在，這種配置簡化安全考慮，并增加靈活性。 LED 驅(qū)動器根據(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)計能嚴(yán)格限定電流；也可能會采用恒流恒壓(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。 總的來看，LED 照明設(shè)計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 功能要求：調(diào)光要求、調(diào)光方式(模擬、數(shù)字或多級)、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，其尺寸的大小與開關(guān)頻率有關(guān)，且多數(shù)隔離型 LED 驅(qū)動器基本上采用“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)動方式有電阻型、線性穩(wěn)壓器及開關(guān)穩(wěn)壓器等，基本的應(yīng)用示意圖參見圖 4。電阻型驅(qū)動方式中，調(diào)整與LED 串聯(lián)的電流檢測電阻即可控制LED 的正向電流，這種驅(qū)動方式易于設(shè)計、成本低，且沒有電磁兼容(EMC)問題，劣勢是依賴于電壓、需要篩選(binning) LED，且能效較低。 線性穩(wěn)壓器同樣易于設(shè)計且沒有EMC 問題，還支持電流穩(wěn)流及過流保護(hù)(fold back)，且提供外部電流設(shè)定點(diǎn)，不足在于功率耗散問題，及輸入電壓要始終高于正向電壓，且能效不高。開關(guān)穩(wěn)壓器通過PWM 控制模塊不斷控制開關(guān)(FET)的開和關(guān)，進(jìn)而控制電流的流動。 開關(guān)穩(wěn)壓器具有更高的能效，與電壓無關(guān)，且能控制亮度，不足則是成本相對較高，復(fù)雜度也更高，且存在電磁干擾(EMI)問題。LED DC-DC 開關(guān)穩(wěn)壓器常見的拓?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 串最大電壓時采用降壓結(jié)構(gòu)，如采用24 Vdc 驅(qū)動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采用升壓結(jié)構(gòu)，如采用12 Vdc 驅(qū)動 6 顆串聯(lián)的LED；而輸入電壓與輸出電壓范圍有交迭時可以采用降壓-升壓或SEPIC 結(jié)構(gòu)，如采用12 Vdc 或12 Vac 驅(qū)動 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LED 的方式近年來也獲得了一定的發(fā)展， 其應(yīng)用示意圖參見圖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才導(dǎo)通。這種結(jié)構(gòu)具有其優(yōu)勢，如避免AC-DC 轉(zhuǎn)換所帶來的功率損耗等。但是，這種結(jié)構(gòu)中LED 在低頻開關(guān)，故人眼可能會察覺到閃爍現(xiàn)象。此外，在這種設(shè)計中還需要加入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、櫥柜燈及臺燈，其中，住宅應(yīng)用的LED 驅(qū)動器功率因數(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。 雖然不是所有國家都絕對強(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)購入/維護(hù)街燈時，也可以根據(jù)他們的意愿來決定是否要求擁有高功率因數(shù)(通常>0.95+)。 PFC 技術(shù)包括無源 PFC 及有源PFC 兩種。無源PFC 方案的體積較大，需要增加額外的元件來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)只需要采用無源元件及稍作電路改動，即可實(shí)現(xiàn)高于0.7 的功率因數(shù)。 有源 PFC(見圖6)通常是作為一個專門的電源轉(zhuǎn)換段增加到電路中來改變輸入電流波形。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)換來提供電流穩(wěn)流。 四、能效問題 LED 照明應(yīng)用的能效需要結(jié)合功率輸出來考慮。美國“能源之星”固態(tài)照明規(guī)范規(guī)定了照明器具級的能效，但并不涉及單獨(dú) LED 驅(qū)動器的能效要求。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；降低開關(guān)頻率一般會改善能效，但卻會增加系統(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)計及元件的復(fù)雜度。如果我們將設(shè)計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)動器標(biāo)準(zhǔn) LED 驅(qū)動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“能源之星”的固態(tài)照明規(guī)范提出的是照明器具級的能效限制，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 故障時不冒煙或易燃 此外，ANSI C82.xxx LED 驅(qū)動器規(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)計還涉及到產(chǎn)品壽命周期及可靠性問題。 第三講 利用降壓結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)LED驅(qū)動上網(wǎng)時間：2009-08-10 來源：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候，這種簡單的驅(qū)動方式可以連續(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)生的功耗會隨輸入電壓的增加而增加。例如，一個用線性電源驅(qū)動的LED，效率為70%，用5V線性電源提供1A電流給一個典型的白光InGaNLED(VF=3.5V)。在相同的工作條件下，當(dāng)輸入電壓上升到12V時，它的效率將會降到30%。在如此低效率的情況下是無法應(yīng)用的。 開關(guān)電源 開關(guān)電源改善了由于輸入變化使得效率變化比較大的問題。這種方式是通過控制占空比的方式來滿足輸出所需要的電壓或電流。由于開關(guān)電源會產(chǎn)生脈沖式的電壓和電流，所以這就需要用一些儲能器件(電感或電容)對這些脈沖波形進(jìn)行整形。 和線性電源相反，開關(guān)電源可以通過不同的設(shè)置來實(shí)現(xiàn)電流或電壓的降、升或者同時升降的功能。開關(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，用一個降壓型的開關(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，但由于周期性的開關(guān)造成了噪聲的增加，同時由于結(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電路可以被簡單的認(rèn)為是一個恒流源。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的動態(tài)調(diào)光特性好，在設(shè)計的時候要考慮使這種特性能夠方便應(yīng)用。幸運(yùn)的是，基本降壓開關(guān)電路在實(shí)現(xiàn)這些特性的時候表現(xiàn)的非常好，所以LED驅(qū)動一般選擇降壓型開關(guān)電源。 恒流輸出級 圖1a：基本降壓型電壓調(diào)整器。 開關(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算得到(Eq.1) 式1電感L用來設(shè)置電感電流紋波的峰-峰值ΔIpp的大小，電容Co用來設(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，因此我們可以通過控制電感電流紋波的峰-峰值來控制負(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算得到(Eq.2)： 式2在我們設(shè)定好LED電流IF之后，我們必須準(zhǔn)確的檢測電感上的電流。從理論上來說，檢測電感電流有很多方式，例如利用MOSFET的導(dǎo)通阻抗Rdson檢測或者用電感的直流電阻檢測。但是實(shí)際上這些檢測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來檢測IF，這樣在精度上就可以滿足要求，但是在電阻上將會產(chǎn)生額外的功耗。降低反饋電壓VFB，在同樣的檢測電流IF(圖.2)的情況下可以降低檢測電阻的阻值，這樣就可以使功耗降到最低。最新的LED驅(qū)動大多數(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)我們設(shè)置成沒有電容的恒流型降壓調(diào)整器時，此時輸出阻抗將大幅增加，而對于升壓型來說，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)用過程中，從背光和機(jī)器視覺角度來說調(diào)光的范圍是一種非常有價值的特性。 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，大電感會增加面積和LED驅(qū)動的成本。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)動一個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，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的動態(tài)電阻rD和檢測電阻RFB和在此開關(guān)頻率下電容的阻抗來計算，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)動可以使系統(tǒng)設(shè)計人員提供更多的選擇。滯回控制非常適合在開關(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)動降壓LED驅(qū)動(圖.2a)使設(shè)計變得簡單，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。 類似的滯回降壓LED驅(qū)動可以在固定頻率操作和不需要開關(guān)頻率變化的滯回控制之間提供了一個比較好的折中方案。控制開啟時間的降壓LED驅(qū)動(圖2b)使用了一個滯回比較器和開啟時間控制器。讓開啟時間與輸入電壓成反比，這樣可以讓開關(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：開啟時間控制的降壓LED驅(qū)動。 在一些情況下，例如許多自動控制應(yīng)用中，LED驅(qū)動與外部時鐘或與驅(qū)動之間進(jìn)行同步時要求減少噪音的干擾。在沒有時鐘的滯回控制和準(zhǔn)滯回控制的結(jié)構(gòu)在執(zhí)行同步頻率時會帶來困難。相比來說，這個問題對于由時鐘控制的調(diào)整器來說就比較容易實(shí)現(xiàn)，例如圖2c中固定頻率的降壓LED驅(qū)動。固定頻率控制可以解決這個復(fù)雜的問題，但是由于它動態(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。 總之，降壓LED驅(qū)動的很多特點(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)計變得簡單，提高驅(qū)動的穩(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)計一種方法來驅(qū)動一個LED串。LED串上的總的正向壓降等于其中每個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，或者有的時候高有的時候低。這些情況下有可能會需要升壓結(jié)構(gòu)，也有可能會需要降-升壓開關(guān)調(diào)整器。 第四講 利用Boost和Buck-Boost實(shí)現(xiàn)LED驅(qū)動上網(wǎng)時間：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。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)計者考慮到輸入電壓的限制來保證電感的正確設(shè)計，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)時間：2009-08-19
不管你用Buck, Boost, Buck-Boost還是線性調(diào)節(jié)器來驅(qū)動LED，它們的共同思路都是用驅(qū)動電路來控制光的輸出。設(shè)計者主要有兩個選擇：線性調(diào)節(jié)LED電流（模擬調(diào)光），或者使用開關(guān)電路以相對于人眼識別力來說足夠高的頻率工作來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）來設(shè)置周期和占空度（圖1）可能是最簡單的實(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€最好的性能。 第三講 幾種新型平板顯示器簡介——其他上網(wǎng)時間：2009-12-29 作者：陶顯芳 來源：電子元件技術(shù)網(wǎng)
中心議題：
1.PDP顯示器 PDP是Plasma Display Panel的簡寫，也就是等離子體顯示器。PDP顯示器的工作原理是，通過加電，讓等離子汽體（一般為惰性氣體）在強(qiáng)電場中放電產(chǎn)生紫外線，然后通過紫外線激發(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)展的中國企業(yè)很少，所以它一直在中國很難發(fā)展起來，這使TFT-LCD大屏幕顯示器在很短的時間內(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，但清晰度相對來說要比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顯示屏的主要市場基本都在國外，國內(nèi)市場相對來說比較小，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如TFT-LCD顯示屏的市場大。 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)，屬于場致發(fā)射顯示，是一種主動發(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，并作為陽極相對后玻璃基板加有幾千伏的高壓。通過絲網(wǎng)印刷法在后玻璃基板上制作對應(yīng)每個像素的金屬電極，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，氧化鈀膜中的電子會被牽引出來，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，動態(tài)畫面表現(xiàn)，暗部細(xì)節(jié)表現(xiàn)力等，均可達(dá)到高級的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極板之間（其中一個極板是透明電極），安置一整片藍(lán)色場致發(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，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，它是把每個像素點(diǎn)都做成一個反光鏡，這個反光鏡的角度可以通過電場力的作用可調(diào)（正負(fù)15度），以此來調(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：把每個像素點(diǎn)都做成一個反光鏡，不過它這個反光鏡用來調(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)光材料在電場驅(qū)動下，通過載流子注入和復(fù)合導(dǎo)致發(fā)光。通過搭配不同的有機(jī)材料，就可以發(fā)出不同顏色的光，來達(dá)到彩顯示器的要求。也有人把OLED拼寫為 Organic Light Emitting Diode （有機(jī)發(fā)光二極管），兩種寫法意思基本一樣。 由于OLED是自發(fā)光器件，每個像素自己都會發(fā)光，并且透光率很高，因此，與時下液晶電視都采用的LCD面板相比，其亮度與對比度都比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顯示器將來可以用印刷技術(shù)來進(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“TFT-OLED”人們卻用另一個名字來稱謂，它被稱為主動矩陣OLED (Active Matrix/Organic Light Emitting Diode，簡稱AM-OLED)，如圖10所示。
目前OLED顯示屏還存在很多技術(shù)問題，最大的問題是有機(jī)薄膜使用壽命短，盡管紅色和綠色的OLED薄膜壽命比較長（10000～40000小時），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），因?yàn)樗{(lán)色有機(jī)物發(fā)光效率比較低，提高亮度必然會增加損耗，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)時間：2010-01-04 作者：陶顯芳 來源：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，這個是很值得人們深思的問題，下面我們還是從產(chǎn)品的生命周期來進(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 十幾年前對于PDP、SED、TDEL、DLP、LCOS、OLED、LCD來說，都是處于產(chǎn)品的成長期，在這一時期任何產(chǎn)品都會出現(xiàn)風(fēng)險，而在發(fā)展過程中很多企業(yè)都會因開發(fā)經(jīng)費(fèi)不足而夭折，但在這一時期正好是風(fēng)險投資的最好機(jī)會，因?yàn)榇藭r對于他們來說投資回報率最高。如果某人看準(zhǔn)了機(jī)會，把某個因技術(shù)開發(fā)資金不足的項(xiàng)目收購過來或進(jìn)行注資，這個技術(shù)項(xiàng)目將會很快地就發(fā)展起來，因?yàn)榧夹g(shù)是現(xiàn)成的，而后面的市場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)，同時也看好了大陸的TFT-LCD顯示器市場，因此他們敢投巨資，通過不斷地收購和重組，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)超過其它顯示器行業(yè)。 中國的大多數(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)品很快就會進(jìn)入衰減期，很難逃出企業(yè)虧損的命運(yùn)。 目前，在國際上，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，一項(xiàng)新的顯示技術(shù)如果沒有人跟隨，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)秀的顯示器來取代TFT-LCD和PDP顯示器?，F(xiàn)在，人們對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)排上號的電子廠商，都在開發(fā)OLED面板生產(chǎn)技術(shù)方面投入巨資，我國也把發(fā)展新型顯示器技術(shù)列為刺激中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的九個重大項(xiàng)目之一?？梢韵胂?，OLED平板顯示器一定是人們追逐的新星，但在未來十幾年，誰是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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