工程师经验之发光二极管常见问题集锦

2014-12-23编辑:探路者 关键字:工程师  发光二极管

问题一:在电路设计时为什么不能超电压或超电流使用白光LED?一般最常用的5mm白光LED,其正常工作电压多在3.0-3.5V范围之内,正常工作电流为20mA。但很多人误以为超电压或超电流使用白光LED会更亮,而实际测试结果是15mA以后光通量增长很厉害,20mA以后几乎没有见长,增大到30mA,比20mA只多了5%,但LED却有明显的发热。还有寿命的试验:20mA工作了一个月,衰减只有5%,现在还有95%的光通量,30mA的工作到19天的时候,光通量就只有50%了。可以这样认为,一只在正常条件下可工作10万小时的白光LED,在大电流下使用,寿命只有600小时!LED在一般说明中,都是可以使用50,000小时以上,还有一些生产商宣称其LED可以运作100,000小时左右,但这并不能保证LED产品也可以使用如此之久。错误的操作及工序就可以轻易地“毁掉”LED,LED会随着时间的流逝而逐渐退化,有预测表明,高质量LED在经过50,000小时的持续运作后,还能维持初始灯光亮度的60%以上。要想延长LED的使用寿命,就有必要降低或完全驱散LED芯片产生的热能。热能是LED停止运作的主要原因。

问题二:为什么我们看到的白光LED发出光的颜色总会有些偏蓝或偏黄?这是由于白光的LED,本来就是在发射蓝光的1nGaN基料上覆盖转换材料荧光粉,这种材料在受到蓝光激励时会发出黄光。于是得到蓝光和黄光的混合物,在肉眼看来就是白光。看看白色LED的发射谱线就知道,它有两个峰值,因此真正发射白光的LED是不存在的。这样的器件很难制造,因为LED的特点是只发射一个波长的单彩色光,而真正的白色光需要多色彩光谱合成。由于工艺关系,包括十多元进口的LED,也有这个问题,光斑边缘都存在偏色,只是多少而已。白色发光二极管有微黄色的到略带紫色的白光。常见的白光发光二极管色温通常都在6500K到8000K范围内。

问题三:设计时LED采用并联接法好还是采用串联接法好?LED采用并或串联接法,主要应该根据电源盒电路的形式及要求决定。并联或串联接法各有它们的优缺点。并联接法只需要在每个LED两端施加较低的电压,但需要利用镇流电阻或电流源来保证每个LED的亮度一致。如果流过每个LED的偏置电流大小不同,则它们的亮度也不同,从而导致整个光源亮度不均匀。然而,利用镇流电阻或电流源来保证LED的亮度一致将缩短电池的使用寿命。采用串联接法本质上可以很好保证流过每只LED电流的一致性,但要求电源电压要高。LED采用并联接法时,由于电路的总电流是各个LED电流之和,所以要求电源要能供给足够大的电流。另外,采用串联接法的电路,当其中一只LED断路时整串的LED都不亮;但当其中一只LED短路时其他LED都还能亮。采用并联接法的电路,当其中一只LED断路时其它的LED都还能亮;但当其中一只LED短路时则整个电路的电源将被短路,这样不仅其它的LED都不能正常工作,而且还有可能损坏电源。故相比之下还是串联接法的电路较有优势。

我们在实际运用中常采用串并联形成的LED阵列,这样可以克服或减小上述单个LED断路或短路造成整串LED不亮或对整个电路和电源的影响。所谓串并联就是先用少量LED串联再串镇流电阻组成一条支路,再将若干条支路并联组成“支路组”。此外,还能采用串并串形式,就是在已组成的“支路组”的基础上,再将若干“支路组”串联构成整个灯具电路,此种接法不仅缩小了一只LED故障时的影响面,而且将镇流电阻化整为零,将几只大功率电阻变成几十只小功率电阻,由集中安装变成分散安装,这样既利于电阻散热,又可以将灯具设计的更紧凑。问题四:我们在实际设计时能不能采用其他颜色的LED发光二极管代替白光LED发光二极管?完全可以。只不过必须注意,由于各种颜色的LED正常工作电压不一样,而且相差较大,如红色和黄色LED正常工作电压都只有2V左右,而蓝色和绿色LED正常工作电压则较接近白光LED,都是3V左右。所以在使用时必须根据各种管子的工作电压,所串联或并联的管子数量也必须相应改变,或者改变所串联的限流电阻的阻值,否则就有可能使LED超过正常的工作电流而缩短其使用寿命,严重的甚至可能烧毁LED。当使用红色或黄色LED时,则所串联的LED数量应该增加,或串联的限流电阻应该加大;当使用蓝色或绿色LED时,一般只调整限流电阻的阻值就可以了。

问题五:一般来说针对于聚光型LED与散光型LED有什么不同?如何选用?聚光型LED的发光强度数值很高,因为它的光线是经过其本身把光线聚合起来,所以它的发光角度一般都较小,光线照射范围小,其发出的光就像手电筒发出的光束,光斑的亮度很高,但光斑外围就不太高了。而散光型的LED发光强度数值较低,它的发光角度大,可达120度以上,因此它的光照范围大,发出的光线均匀,就像普通照明灯发出的光,虽然散光型的LED所标亮度值一般都较低,但实际上它们发出的总光通量(总的光线)一般都是高于聚光型的LED。聚光型的LED最适合于要求亮度高,但照射范围较小的场合,如制作射灯、筒灯、手电筒等,而散光型的LED则更适合于一般的房间照明和需要光线柔和均匀的场合,因此,要根据具体的情况进行选择,以达到最好的照明效果。

问题六:电源工程师如何处理电路装好通电时灯不亮的问题?应该如何检查?这要根据具体电路做具体分析。但原因大多数都是LED在装接前没有进行检测或装焊过程中不小心接错了LED的正负极性,也有可能是没焊好造成虚焊(虚焊就是表面上看是焊上了而实际没焊牢固),虚焊是本故障的最主要原因,特别是缺少焊接经验的新手最容易发生此问题,其次是电烙铁功率过大过热或焊接时间过长而把管子烫坏了,还有可能是电烙铁漏电造成LED击穿短路。还有就是驱动电路的部分接错或没焊好,一些电路也有可能是该调整的元件数值没调整好。当电路装好通电前应该先仔细检查核对无误后再通电,如果通电时灯不亮应该立即关闭电源,然后再进行检查,不能带电敲打电路板试图查找故障,特别是采用220V电源的电路更应该如此。

另一方面如果是接有滤波电容的电路,首先还应该用螺丝刀或导线把滤波电容的两脚短路放电后再进行检查,这一步骤非常重要!因为滤波电容上残存有电源电压1.4倍以上的高电压(如220V电源时可高达310V),以免电容上残存的高电压击伤人体或在电路接通的瞬间击毁LED!检查已经装焊在电路板上的LED,应该先认清LED管身缺口的负极标记,检查各LED极性是否错接,然后再用两只电池串联后引出正负两极电源分别触碰各只LED的两脚,必须注意电池电源极性要与LED的极性相一致,以检查各LED是否能亮。对驱动电路的检查,应该根据电路图仔细核对电路是否接错,特别注意检查整流桥(长脚的是正极输出,其对角是负极输出,另外两脚是交流输入)或整流二极管以及稳压二极管的极性是否正确(印有黑线或白线的一端是负极),还有检查晶体三极管或稳压集成电路的三个电极是否错接等。

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现任华润矽威科技(上海)有限公司市场部经理/高工,上海市传感技术学会理事、副秘书长。

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