led的应用探究

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1、LED的应用探究李坐华，丁世伟，熊莹1119013301,1119013302,1119013303指导老师：苏宏艮【摘要】节能环保是当今社会发展的热点，各种节能措施和技术不断涌出。本文详细介绍了LED技术的发光和节能基本原理，并阐述其在日常生产生活中的实际应用，展望了未来LED的发展。【关键词】LED;节能；调光技术；散热；应用引言节能、环保、减排是当今社会发展的热点问题。这里所要讲述的是节能领域中一种新的产品发光二极管(LightEmittingDiode,简称写为LEDn)□与普通的白炽灯、日光灯相比，要达到相同的照明效果或亮度，其能耗只有后者的1/10,而寿命确能达到后者的10

2、倍。在能源供应日趋紧张的今天具有I•分重要的意义。我国目前照明消耗的电能约占电力总消耗量的1/6,若是其中之1/3的口炽灯被LED代替，则每年可节约用电10"度，这相当于三峡电站一年的发电量⑴。而在美国若其白炽灯中的50%用LED代替，则每年可以节约350亿美元，减少7.5亿吨二氧化碳的排放。因此LED被誉为21卅:纪最具竞争力的固体光源。1.LED简介LED(LightEmittingDiode),发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被坏氧树脂封装起来。半导休

3、晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。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岀能量，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。1.1LED的工作原理简单地说在一块木征半导体的两边通过不同的掺朵分别做成P型和N型半导体。P型半导体中空穴为多数载流了，N型半导体中电了为多数载流了。由于浓度差，这两种载流了会自发向对方区域扩散。因为空穴带正电，电了带负电，所以两种载流了会在

4、交界面复合，从而在交界面两侧形成一个空间电荷区，其电场方向由N指向P,这就是PN节。这个内电场的形成阻碍了多数载流了的扩散运动，因此一定温度FPN节的尺度是确定的（见图Do当PN节外加止向电压时（P型半导体接电源止极，N型半导体接电源负极），外电场与内电场作用，总的效果是削弱内电场，从而空穴和电了可以再向对方区域扩散形成稳定的电流。此时高能态的电了与空穴复合时就把多余的能量以光的形式释放出來，从而把电能直接转化成光能（见图2）。当然在发光二极管的PN节上加反向电压（P型半导体接电源负极，N型半导体接电源止极），由于内电场被加强，所以进一步阻止了多数载流了的扩散运动，电路不能导通就不能发

5、光。值得注意的是，不是所有的半导体材料都能用来做成发光二极管的，口前用得较多的是GaP（磷化稼），GaAsP（磷帥化稼）等。通常的LED结构⑵（见图3）。P型半報n型半导体PN緖图2PN节的能量转化金线图3LED结构乔意图2.LED应用技术2.1LED的调光技术在全球能源危机和环保节能的背景下，LED作为绿色节能的先锋备受世人瞩目。从2010年开始，由于LED背光电视的爆发式增长,应用在背光源LED上的LED驱动IC已经成为增长最快的应用市场伴随着LED在LED显示屏、汽车照明和通用照明的应用等，LED驱动器的调光技术显得特别关键。(1)PWM调光LED是一个二极管，它可以实现快速开关

6、。它的开关速度可以高达微秒以上。是任何发光器件所无法比拟的。因此，只要把电源改成脉冲恒流源，用改变脉冲宽度的方法,就可以改变其亮度。这种方法称为脉宽调制(PWM)调光法。图4表示这种脉宽调制的波形。假如脉冲的周期为如叩，脉冲宽度为Gv，那么其工作比D(或称为孔度比)就是tpMoN。改变恒流源脉冲的工作比就可以改变LED的亮度。0・SO%10>25%Io>12.5%(O«$.25%I呎_iiL11_111PWMDimming'MAX0厂(LEDXk图4PWM调制波形(2)采用交流电源的LED调光普通的白炽灯通常采用可控硅来调光。因为口炽灯是一个纯阻器件，它不要求输入电压一定是正弦波，因为

7、它的电流波形永远和电压波形一•样，所以不管电压波形如何偏离正弦波，只要改变输入电压的有效值，就可以调光。采用可控硅就是对交流电的正弦波加以切割而达到改变其有效值的口的。其电原理图如图5所示。虚线部分就是安装在墙上的可控硅调光开关。a-bZ间的电阻就是白炽灯负载。所以负载是和可控硅开关串联的。改变可变电阻的分压比就可以改变其导通角，从而实现改变其冇效值的目的。通常这个电位器带一个开关，接在n的输入端，用于开关灯。、TRIACDimmer控制开关图