LED用于照明燈具目前存在的主要問題

一　LED 做照明燈具目前存在的問題

　　被稱為希望之光的 LED，從 1964 年發(fā)明至今，已發(fā)展到普及化照明的時代，其節(jié)能、環(huán)保、亮度高、功耗小、壽命長、耐沖擊等優(yōu)點，前景極為廣闊；在室內(nèi)照明的起步階段，還有其固有的缺點，主要表現(xiàn)在以下幾方面：

1　不一致性帶來的問題：

　　理論上 LED 都是能發(fā)光的二極管，而實際上所有 LED 的電性能都是有差異的，每個廠家的生產(chǎn)工藝是不一致的，甚至相差很大，就是同一廠家的不同時間的工藝都是有差異的；不同廠家使用的半導體原材料的純度是有差 異的，這就使 LED 的發(fā)光強度與驅(qū)動電流是不完全相同、耐過電流能力和發(fā)熱的差異也就自然而然的不同了；封裝工藝和封裝材料的不同，使得整體的散熱能力是不一樣的，還有組合材料的熱彭脹與散熱的問題等。由此不難看出，LED 發(fā)光二極管在短期內(nèi)仍存在個體之間的很大的差異，如果每個燈只用一個 LED，好控制。例如電視機、DVD 上的電源指示燈；而當我們用 LED 制作照明燈具時，就不是用單個的 LED，而是用多個、上百上千個 LED 成陣列接入電路，因 LED 的差異總有一個最先損壞，當有幾個壞掉時(通常是短路)，會使電流增大而損壞其他的 LED。這就是不一致性帶的結(jié)果，也是制約其發(fā)展的因素之一。

2　驅(qū)動電路復雜的問題：

(1)、在電壓匹配方面，LED 不象普通的白熾燈泡，可以直接連接 220V 的交流市電。LED 是 2～3 伏的低電壓驅(qū)動，必須要設(shè)計復雜的變換電路，不同用途的 LED 燈，要配備不同的電源。

(2)、在電流供應(yīng)方面， LED 的正常工作電流在18mA-20mA，供電電流小于15mA 時LED 的發(fā)光強度不夠，而大于 20mA 時，發(fā)生光衰而導致 LED 老化，同時發(fā)熱大增， 老化加快、壽命縮短，當超過 50mA 時會很快損壞，為了延長 LED 照明燈的使用壽命，常用集成電路電源、電子變壓器、分離元件電源等，大電流驅(qū)動時，要配大功率管或可控硅器

件，另加保護電路，要恒流、恒壓電路供電，這樣電源電路復雜，故障率、元件成本、生產(chǎn)成本、服務(wù)成本都將升高。這就大大地限制了市場的 競爭力與購買群體。

二　LED   照明電路的特點：

A、多 LED 燈的串、并聯(lián)矩陣結(jié)構(gòu)；

B、不需要控制亮度；

C、LED 的電流在一定范圍變化不會明顯影響照度；

D、LED 損壞的原因多是電流過大，超過 50mA，較小的電壓變化引起較大的電流變化。所以控制過電流即可，這為電路的簡化提供依據(jù)。

三　解決問題的方法：

　　如果用 WHPTC 過流保護器 作保護，從原理可知，當電路的電流超過規(guī)定值時會訊速的自動保護，在排除故障后又自動復位，無需人工更換。對 LED 而言，電壓的變化不是 LED損壞的直接 原因，而電流的增大才是 LED 的真正殺手。利用這個特性，在 LED 的電路保護上具有絕對的優(yōu)勢，讓簡易電源供電變?yōu)楝F(xiàn)實。實踐證明，在 LED 電路出現(xiàn)故障 以前就有效保護了。如下圖可見，因有了 WHPTC 可省去恒流、恒壓電路，。器件成本、生產(chǎn)成本、服務(wù)成本都大大降低。也大大增加了產(chǎn)品的市場競爭力。

四　型號選擇：

　　可選擇 WH6-XXX 到 WH250-XXX 的 20mA-到-15A 中的所需型號。對 LED 進行無損保護，延長壽命。例如：WH250-020 用在 220V、20mA 的 LED 電路中，當電流超過 40mA時，WHPTC 在 20 秒左右保護。

　　專家指點：WHPTC 保護時，其續(xù)電流使 LED 繼續(xù)點亮，只是光暗而不是熄滅，這是其它保護電路不具備的優(yōu)點，如果是干擾電流或電壓導致保護，則干擾過去后，LED 自動恢復正常點亮，而不需要人工更換或維修。

五　WHPTC   系列產(chǎn)品可用于下列的照明、裝飾、景觀等燈具的電路保護：

　　各種 LED 日光燈、球泡燈、杯燈、吸頂燈、路橋燈、交通燈、隧道燈、護欄燈、空中探照燈、激光燈、投光燈、庭院燈、地埋、水底燈、墻角燈、地腳燈、幕墻燈、盒燈、迪吧燈、酒吧燈、地磚燈、廣場燈、節(jié)日燈、工藝燈、線條燈、氣車燈等 LED 燈。大功率 LED 技術(shù)的進步也使得設(shè)計階段的散熱考慮變得越來越重要。為了避免 LED 的加速老化，或者最壞情況的完全報廢，LED 本身不能過熱。

　　一旦大功率LED的發(fā)熱效率高于發(fā)光效率，輸入功率產(chǎn)生熱而不發(fā)光的比例就非常高。所以，在設(shè)計階段就必須考慮采用良好的散熱來保證 LED 工作可靠，并且允許它在更高的環(huán)境溫度下也能夠工作。而在選擇 LED 驅(qū)動電路時，則必須考慮器件的散熱。

　　確保 LED 芯片不致過熱的一個重要指標就是正向電流。在 實際使用中，經(jīng)常將工作電流設(shè)置在一個很低的水平，以確保即使在很高的環(huán)境溫度下 LED 也不至于過熱。然而，如果 LED 的工作電流與溫度不相關(guān)，就會帶來一個很大的問題：當溫度過高時，LED 的工作條件就超出了其規(guī)范的要求。此外，在 很低的溫度下，供給 LED 的電流會極大地低于最大允許電流。

六　LED   驅(qū)動電路中的熱敏電阻

　　因此，人們希望控制 LED 的 驅(qū)動電流并使之降低 LED 額定工作條件。某些價格昂貴的 LED 驅(qū)動 IC 可以實現(xiàn)這種功 能，它采用內(nèi)部或外部的溫度傳感器來感知溫度并進行反饋控制。而我們則希望通過在 LED 驅(qū)動電路中采用 PTC 熱敏電阻來提供一種簡單的方法。

它具有如下優(yōu) 點。

● 在室溫的情況下，正向電流是增加的。

● 由于減少了 LED 的數(shù)量，所以成本可以降低。此外，可以采用價格低廉的驅(qū)動 IC，或者甚至也可以采用不具有集成溫度管理功能的驅(qū)動電路。

● 可以設(shè)計一個不需要 IC 控制，但仍能夠根據(jù)環(huán)境溫度調(diào)整 LED 工作電流的電路。

● 也可以采用低成本的 LED，只是需要降低額定工作條件和提供更小的安全裕量。

● 如果增加過熱保護功能，LED 的可靠性會得到提高。

● 在散熱方面也可以采用散熱器（片）等方法。

　使用 WHPTC 前后的拓撲結(jié)構(gòu)比較圖

　　淺談 LED 產(chǎn)品老化 我們在應(yīng)用 LED 時經(jīng)常會出現(xiàn)這樣種問題，LED 焊在產(chǎn)品上剛開始的時候是正常工作的，但點亮一段時間以后就會出現(xiàn)暗光、閃動、故障、間斷亮等現(xiàn)象，給產(chǎn)品帶來嚴重的損害。引起這種現(xiàn)象的原因大致有：

1．應(yīng)用產(chǎn)品時，焊接制程有問題，例如焊接溫度過高焊接時間過長，沒有做好防靜電工作等，這些問題 95％以上是封裝過程造成。

2．LED 本身質(zhì)量或生產(chǎn)制程造成。 預防方法有：

1.做好焊接制程的控制。

2.對產(chǎn)品進行老化測試。

　　老化是電子產(chǎn)品可靠性的重要保證，是產(chǎn)品生產(chǎn)的最后必不 可少的一步。LED 產(chǎn)品在老化后可以提升效能，并有助于后期使用的效能穩(wěn)定。LED 老化測試在產(chǎn)品質(zhì)量控制是一個非常重要的環(huán)節(jié)，但在很多時候往往被忽 視，無法進行正確有效的老化。LED 老化測試是根據(jù)產(chǎn)品的故障率曲線即浴盆曲線的特征而采取的對策，以此來提高產(chǎn)品的可靠性，但這種方法并不是必需的，畢 竟老化測試是以犧牲單顆 LED 產(chǎn)品的壽命為代價的。

LED 老化方式包括恒流老化及恒壓老化。恒流源是指電流 在任何時間都恒定不變的。有頻率的問題，就不是恒流了。那是交流或脈動電流。交流或脈動電流源可以設(shè)計成有效值恒定不變，但這種電源無法稱做「恒流源」。 恒流老化是最符合 LED 電流工作特征，是最科學的 LED 老化方式；過電流沖擊老化也是廠家最新采用的一種老化手段，通過使用頻率可調(diào)，電流可調(diào)的恒流源進 行此類老化，以期在短時間內(nèi)判斷 LED 的質(zhì)量預期壽命，并且可挑出很多常規(guī)老化無法挑出的隱患 LED。 有效防止高溫失靈-PTC 熱敏電阻用作 LED 限流器 近年來，發(fā)光二極管(簡稱 LED)的發(fā)展已取得巨大進步：已從純粹用作指示燈發(fā)展為光輸出達 100 流明以上的大功率 LED。不久之后，LED 照明的成本將 降至與傳統(tǒng)冷陰極熒光燈(簡稱 CCFL)類似的水平。這使得人們對 LED 的下述應(yīng)用興趣日濃： 汽車照明燈、建筑物內(nèi)外的 LED 光源、以及筆記本電腦或電視機 LCD 屏的背光。 大功率 LED 技術(shù)的發(fā)展提高了設(shè)計階段對散熱的要求。就像所有其它半導體一樣，LED 不能過熱，以免加速輸出的減弱，或者導致最壞狀況：完全失效。與白熾 燈相比，雖然大功率 LED 具有更高效率，但是輸入功率中相當大的一部分仍變成熱能而非光能。因而，可靠的運作就需要良好的散熱，并要求在設(shè)計階段就考慮高 溫環(huán)境。 設(shè)計 LED 驅(qū)動電路尺寸時，也必須考慮溫度因素：必須選擇其正向電流，以確保即使環(huán)境溫度達到最高值，LED 芯片也不會過熱。隨著溫度的升高，就需要 通過降低最高容許電流，即降低額定值，來實現(xiàn)降溫。LED 制造商把降額曲線納入其產(chǎn)品規(guī)格中。

　　有關(guān)此類曲線，參見圖 1

　　利用無溫度依賴性的電源運行 LED 存在弊端：在高溫區(qū)域內(nèi)，LED 則超出規(guī)格范圍運行。此外，當處于低溫區(qū)域時，照明源就由明顯低于最大容許電流(參見圖 1 紅色曲線)的電流供電。如 圖 1 的綠色曲線所示，通過 LED 驅(qū)動電路中的正溫度系數(shù)熱敏電阻(簡稱 PTC熱敏電阻)來控制 LED 電流是一個重大改進。