【深度分析】大功率白光LED路燈發(fā)光板與驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)
根據(jù)平方反比定律可知,在直角坐標(biāo)系中,在某一點(diǎn)P(x,y,z)的光照度可以表示為式(3):
其中ILED=LLED·ALED為L(zhǎng)ED的發(fā)光強(qiáng)度,LLED為L(zhǎng)ED芯片的亮度,單位cd/m2·sr,ALED為芯片的面積。
考慮只有兩個(gè)LED的組成簡(jiǎn)單陣列情況,芯片之間的距離為d,那么兩個(gè)LED組成的陣列的光照度公式(4)為:
通過(guò)調(diào)節(jié)兩個(gè)芯片之間的距離d,得到比較均勻的照明區(qū)域所示,通過(guò)對(duì)E求兩次導(dǎo),使得在(x,y)=(0,0)的位置d2E/dx2=0,得到最大平坦條件:
對(duì)于N×N陣列的LED模塊:
當(dāng)N為奇數(shù)時(shí),總的光照度公式(6)為:
當(dāng)N為偶數(shù)時(shí),總的光照度公式(7)為:
計(jì)算各LED芯片間的距離的方法與兩管的計(jì)算方法相同。圖13為仿真模擬結(jié)果。當(dāng)兩個(gè)點(diǎn)光源的距離為dmax時(shí)在坐標(biāo)零點(diǎn)附近的照度是均勻的,否則將出現(xiàn)暗區(qū)。
圖13LED雙芯片之間發(fā)光圖樣重疊(歸一化)分布示意圖((a)d=dmax,(b)d》dmax)
大功率白光LED芯片陣列---路燈發(fā)光板的驅(qū)動(dòng)與亮度調(diào)節(jié)技術(shù)
發(fā)光半導(dǎo)體屬于直流驅(qū)動(dòng)元件,驅(qū)動(dòng)方式有:
恒壓驅(qū)動(dòng)有文獻(xiàn)也稱為電阻限流驅(qū)動(dòng)方式和恒流驅(qū)動(dòng)方式兩種。相比之下,恒流驅(qū)動(dòng)PWM調(diào)亮方式來(lái)驅(qū)動(dòng)大功率白光發(fā)光二極管要優(yōu)于恒電壓驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)工作電流方式來(lái)調(diào)節(jié)亮度的方式。
因?yàn)榇蠊β拾坠獍l(fā)光二極管只有在特定的電流區(qū)間內(nèi)才能發(fā)出純正的白光,對(duì)照明場(chǎng)景內(nèi)的景物有最強(qiáng)的再現(xiàn)能力即演色性,但是這個(gè)電流范圍非常窄。LED的響應(yīng)時(shí)間一般只有幾納秒至幾十納秒,適合于頻繁開關(guān)以及高頻運(yùn)作的場(chǎng)合,因此可以方便地通過(guò)周期性的改變脈沖寬度,亦即控制占空比的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)LED亮度的調(diào)節(jié),例如要將亮度減半,只需在50%的占空周期內(nèi)提供電流就可以實(shí)現(xiàn)了??蛇x擇200~300Hz的開關(guān)頻率來(lái)進(jìn)行PWM亮度調(diào)節(jié),這是因?yàn)槿搜蹮o(wú)法分辨超過(guò)40Hz的頻率的變化,但是太高的頻率又會(huì)引起白光顏色發(fā)生移位和亮度調(diào)節(jié)非線性,恒流驅(qū)動(dòng)PWM亮度調(diào)節(jié)方式是工作在某個(gè)特定的正向電流下,LED能顯示出最純的白光,不會(huì)象調(diào)節(jié)工作電流方式調(diào)節(jié)亮度那樣隨著工作電流偏離這個(gè)值,大功率高亮度白光LED發(fā)出的光會(huì)產(chǎn)生偏色現(xiàn)象。另外,大功率高亮度白光LED都是工作在大電流下,因此其在工作時(shí)必然會(huì)產(chǎn)生大量的熱量。隨著工作溫度的升高,LED器件的性能會(huì)降低,因此散熱對(duì)LED器件工作性能影響很大。在使用PWM控制方式時(shí)和脈沖平均電流和直流電流大小相等的情況時(shí),LED器件會(huì)有更低的溫度,外量子率比較高,所以有更高的發(fā)光亮度,也更加節(jié)電。而且PWM方式使用控制電路實(shí)現(xiàn)起來(lái)也比較容易。
結(jié)論
在LED路燈發(fā)光板設(shè)計(jì)過(guò)程中要保證大功率白光LED的發(fā)光效率和每個(gè)LED芯片光發(fā)射的適當(dāng)交叉覆蓋。大功率白光LED的發(fā)光效率與芯片設(shè)計(jì)、封裝方式、驅(qū)動(dòng)方式、溫度等因素密切相關(guān)。為盡量提高大功率白光LED路燈發(fā)光板的電/光轉(zhuǎn)化效率,設(shè)計(jì)中從大功率白光LED發(fā)光芯片設(shè)計(jì)入手,采用增加發(fā)光芯片面積、電極優(yōu)化、發(fā)光芯片倒裝焊接在高導(dǎo)熱熱沉材料襯底、保型涂粉等技術(shù),保證了大功率白光二極管最大電/光轉(zhuǎn)化率和所發(fā)出白光的均勻度。大功率白光LED畢竟屬于點(diǎn)光源,發(fā)光過(guò)程中熱量集中,并且當(dāng)LED結(jié)溫超過(guò)120℃時(shí)將產(chǎn)生嚴(yán)重光衰和偏色。根據(jù)有限元分析軟件對(duì)單管大功率白光LED倒裝焊接封裝于高導(dǎo)熱熱沉層封裝模型的熱阻分析可知:采用高導(dǎo)熱熱沉的單管大功率LED的封裝方案,外加散熱基板面積的尺寸很大程度影響芯片的結(jié)溫,在空氣自然對(duì)流下,其直徑要大于20mm才能使LED芯片在120℃以下工作。而采用的COB技術(shù)封裝的LED模塊,很容易實(shí)現(xiàn)在空氣自
評(píng)論