1、LEDLED灯具基础知识培训灯具基础知识培训日期：2013.03.05 LED项目开发部11/5/20221 内容介绍内容介绍 1.LED光源 2.铝基板 3.LED电源 4.LED灯具外壳11/5/20222LED灯具组成灯具组成不管任何一种灯具，都由以下几部分组件构成1、电源输入接口：起连接电源的作用，如球泡灯的灯头。2、外壳：一般由散热良好的铝型材构成，灯具的外形特征，LED散热作用，外壳的散热设计直接影响到灯具的使用寿命。3、灯罩：不仅仅是罩在灯上为了使光聚集在一起的作用，还可以防止触电，对保护眼睛也有作用，所以每个灯上都会有灯罩 有PC灯罩、玻璃灯罩、塑料灯罩4、LED光源：由N个L
2、ED组合在一起，是灯具的核心部件，灯具均通过它发出可见光5、驱动电源：因为单个LED工作电压为低电压(2.83.6VDC)，且工作电压范围很窄，直接供电，LED不能正常工作，且极易损坏，必须通过电路对输入电源进行恒压恒流控制，驱动电源的优劣直接影响到LED和整个灯具的使用寿命11/5/20223LED光源光源-小功率小功率LED 小功率LED(单颗LED功率0.03-0.2瓦)直插式LED:按胶体形状分：3mm、4mm、5mm、8mm、10mm、12mm、方形、椭圆形、墓碑形、还有一些特殊形状等等；一般小功率LED的驱动电流都是20mA,食人鱼LED:也是直插式LED的一种,因为其散热比较好,
3、它的驱动电流是50mA 贴片式LED:3020,3528,5050,贴片LED的叫法是根据长*宽的尺寸来命名的,例如:3020表示LED的长度是3mm,宽度是2mm;3528表示LED的长度是3.5mm,宽度是2.8mm.3020,3528的驱动电流是20mA,5050的驱动电流一般是60mA11/5/20224LED光源光源-小功率小功率LED贴片3020贴片3528贴片5050食人鱼直插式LED1直插式LED211/5/20225LED光源光源-小功率小功率LED11/5/20226LED光源光源-大功率大功率LED大功率LED:广义上说就是单颗LED光源功率大于0.35W(含0.35W)
4、的。基本上我们以1W，2W，3W的为主。11/5/20227LED光源内部结构光源内部结构11/5/20228由N个1WLED芯片通过串并联的方式连接并封装在一个LED支架里的光源，常用有10W，20W，30W，50W，70W，100W，150W。LED光源光源-集成式集成式LED11/5/20229LED光源光源-集成式集成式LED应用11/5/202210LED光源光源-芯片芯片LED芯片厂家是很多的，目前市面上用得最多，质量最稳定的当属CREE。而国内封装厂商，用得较多的是台湾生产几个品牌。国外 Cree、Osram、Lumileds、SDK、Semileds、日亚、东芝、丰田合成 品质
5、较高,蓝白光为主,价格较高 台湾地区 卓研、广稼、洲磊、洲技、联鼎、矩鑫、华上、南亚、璨圆、晶元晶元、光磊、鼎元、联晶、国通、联铨、联胜、汉光、佳大、奇美、泰谷泰谷、茂彰、联亚、巨鎵、光宏光宏、全新、連勇、新元砷、新世纪 高、中、低端,颜色、波长齐全,价格适中 11/5/202211LED光源的选择光源的选择 现阶段,LED价格差异较大,质量差异也大,如何选择适合的LED,一般需了解以下几方面 芯片厂家芯片厂家:国内封装用得较多的芯片厂家:CREE,普瑞,晶元,光宏,泰谷,奇力等,价格从高到低（红色为我们用得较多的芯片厂家）芯片大小芯片大小:45mil,40mil,38mil,30mil,24
6、mil,同厂家芯片,芯片大的比芯片小的贵.1mil=千分之一英寸=25.4um 封装工艺封装工艺:LED的支架和透镜材料不同也是影响价格的重要因素之一,透镜有的用PC材料,有的用硅胶,PC材料透镜不能过回流焊,只有是手工焊接 亮度亮度:目前LED亮度有很多等级,有60-70Lm/W,70-80Lm/W,80-90Lm/W,90-100Lm,100-110Lm/W,价格也不尽相同。一致性一致性：LED的颜色、亮度、电压降和视角的不同而对其进行分类包装的能力。高品质LED供应商会向客户提供工作特性一致的产品，而品质较低的LED供应商则只能提供类似于“混装”的LED。11/5/202212铝基板为了
7、更好的解决散热问题，焊接LED的线路板需用到铝基板，而不是普通的FR4，22F线路板。铝基板pcb由电路层(铜箔层)、导热绝缘层和金属基层组成。电路层要求具有很大的载流能力，从而应使用较厚的铜箔，厚度一般35m280m;导热绝缘层是PCB铝基板核心技术之所在，它一般是由特种陶瓷填充的特殊的聚合物构成，热阻小，粘弹性能优良，具有抗热老化的能力，能够承受机械及热应力。金属基层是铝基板的支撑构件，要求具有高导热性，一般是铝板。工艺要求有：镀金、喷锡、osp抗氧化、沉金、无铅ROHS制程等。基材:铝基板产品特点：绝缘层薄，热阻小;无磁性;散热好;机械强度高产品标准厚度：0.8、1.0、1.2、1.5、
8、2.0、2.5、3.0mm铜箔厚度：1.8um35um70um105um140um特点:具有高散热性、电磁屏蔽性，机械强度高，加工性能优良。用途:铝基板是承载LED及器件热传导，散热主要还是靠面积，集中导热可以选择高导热系数的板材，比如美国贝格斯板材;慢导热或散热国产一般材料即可，价格相差较大。11/5/202213铝基板 决定铝基板的价格因素：板材厚度，工艺要求，铝材的导热系数。11/5/202214LED驱动电源知识理想的LED驱动电源其实就是一个高效率，具有多种异常保护功能（开路、过压、短路）的开关电源。输入端是交流市电，输出是满足LED工作的恒定电压和电流LED驱动电源的主要技术要求：
9、1、宽输入电压范围（输入AC90-265V都能正常工作）2、宽工作环境温度（-35oC-70oC温度环境下能正常工作）3、恒流输出：输出恒定的电流（所以LED驱动电源也称恒流源）4、异常保护功能：过载，短路，过压，超温保护 5、可靠性和长寿命：因LED寿命超长，必须配备与之匹配的电源。6、符合相关安规认证要求（有需要时）11/5/202215LED驱动电源知识 驱动电源的关键部件：电解电容，驱动IC，开关功率管，变压器 电解电容电源寿命的瓶颈 一般的电解电容在105oC的寿命是1000小时，LED球泡内部温度一般达到75oC属正常范围，按照每降10oC,电容寿命增加一倍，也只有 8000小时，
10、而LED寿命达5万小时以上。所以须选用6000小时以上（105oC）的长寿命电解电容，这样在75oC时寿命可达48000小时 驱动IC驱动电源的核心部件，是电源稳定的保证 驱动IC厂家或品牌较多，功能也不同，价格也差别较大，高档次的一般有美国的安森美（ON）IC型号前缀为NCP;PI（Power Integrations），IC型号前缀有LNK，TNY，TOP;IWATT，IC型号前缀为IW。但大部分都是使用国产的，因为国产的驱动IC都是在国外芯片的基础上开发，性能稳定性稍微差一点，但是价格却相差甚远，国内一线品牌的有：华润矽威，IC前缀为PT，士兰微，IC前缀为SA，SD，昂宝(On-Bri
11、ght)，IC前缀为OB。国内二线品牌：BCD，晶丰，芯联，启达，民展微，启臣微，我们公司目前使用的是BCD，晶丰，启臣微厂家的驱动IC。11/5/202216LED驱动电源知识内置低压驱动电源内置高压驱动电源外置高压驱动电源实例：11/5/202217LED的驱动 LED驱动简单的说就是给LED提供正常的工作条件（包括电压、电流）的一种电路。好的驱动还能随时保护LED，如过热、过流、开路等。按照应用场合和功能常用的有一.DC-DC LED驱动1.电阻限流电路此电路简单，但调节性差；效率低。外置高压驱动电源11/5/202218LED的驱动一.DC-DC LED驱动2.线性恒流源电路 效率不是
12、很高；最小输入电压需大于MOSFET或三极管与负载之和，电路才可以动作11/5/202219LED的驱动一.DC-DC LED驱动 3.开关型恒流源电路 3.11 buck型 buck变换器是降 压变换器，不适于输 入电压低或多个LED 串联的场合。11/5/202220LED的驱动一.DC-DC LED驱动 3.开关型恒流源电路 3.12 buck型电路实例11/5/202221LED的驱动一.DC-DC LED驱动 3.开关型恒流源电路3.21 boost型Boost变换器通过电感输出电压提高至比输入更高的期望值11/5/202222LED的驱动一.DC-DC LED驱动3.开关型恒流源电
13、路 3.22 boost型电路实例11/5/202223LED的驱动一.DC-DC LED驱动3.开关型恒流源电路3.31 buck-boost型Buck-boost输入传递输出的能量须先存储于电感中，另外两种不具有此特性。11/5/202224LED的驱动一.DC-DC LED驱动3.开关型恒流源电路3.32 buck-boost型电路实例11/5/202225LED的驱动二.AC-DC LED驱动1.镇流电容驱动此方案优点是简单、成本低；缺点是电流稳定度不高，效率也不高。11/5/202226LED的驱动二.AC-DC LED驱动2.非隔离型恒流驱动11/5/202227LED的驱动11/
14、5/202228LED的驱动二.AC-DC LED驱动3.隔离型驱动11/5/202229LED的驱动11/5/202230LED灯具外壳LED灯具的外壳的材质一般为铝材，铝具有良好的导热性，易成型，易表面处理等优点。材料、表面处理工艺、产品的厚度等是决定产品价格的重要因素。11/5/202231LED灯具知识问答1.什么是大功率LED灯具?答:一种采用大功率LED作为光源的照明器具。2.大功率LED灯具与传统灯具相比有何的优势?答:1.高光效 2.高节能 3.光色多 4.安全性高 5.设计形状的多样性 6.寿命长 7.快速响应 8.灯具结构合理 9.利环保,环保效益更佳，10.运行成本低 1
15、1.色温变化不大,小于100K,色温一致性好12.流明维持率高,光衰慢,使用5000小时左右光衰不超过10%。3.大功率LED灯具如何散热的?答:采用热管把LED光源产生的热量传导到散热器上,再利用散热器的面积进行热辐射散热和空气空冷散热。4.LED为何节能？答:高亮度单色光的LED已经在市场上取得了进展.尽管它们与传统的灯泡相比更加昂贵，但是它们的优点完全可以抵消其较高的价格，即它具有更高的性价比.首先，一个红色LED发光达到某个亮度时所需消耗的能量是15瓦，而传统的灯泡要达到同等量度则要消耗高达150瓦的能量；另外据科学家们测定，LED通电发光时，有10%的电能可以转化成光能，而白炽灯泡的
16、转化效率只有7-8%，由此可见，要达到同等的照明效果，LED灯比白炽灯节能是显而易见的了。11/5/202232LED灯具知识问答 5.LED为何寿命长？答:白炽灯的发光机理是电能将发光钨丝进行加热而发光的，经过相当长时间的加热，钨丝就会老化甚至烧断，至此，白炽灯泡的寿命也就此告终了，而发光二极管的发光机理是由二极管特殊的组成结构决定的，二极管主要由PN结晶片、电极和光学系统组成，当在电极上加上正向偏压之后，使电子和空穴分别注入P区和N区，当非平衡少数载流子和多数载流子复合时，就会以辐射光子的形式将多余的能量转化为光能。其发光过程包括三个部分：正向偏压下的载流子注入、复合辐射和光能传输。由此可
17、见二极管主要是靠载流子的不断移动而发光的，不存在老化和烧断的现象，其特殊的发光机理决定了它的发光寿命长达5-10万个小时.LED照明灯具我们必须认识到，单个或多个白光LED与用作照明光源的灯具的概念是有差异的.到目前，国内外所研发和生产的白光LED还远不能达到照明光源的要求.我们应该利用和发挥我国在发展各类小型紧凑型荧光灯在世界所处的优势和先进技术，抓住机遇，在发展新固体光源中有所作为.白光LED在实现照明光源的灯具所面临的一些重大问题与紧凑型荧光灯曾面临已解决或正在解决的问题相似.11/5/202233LED灯具知识问答、灯具中安装的AC-DC转换电路应适应LED电流驱动的特点 这个电源既要
18、有供LED所需的接近恒流的正向电流输出，又要有高的转换率，以保证LED安全可靠工作，当然还要注意成本.、LED灯具可靠性 影响灯具可靠性的因素主要是LED器件和上述电气元器件.我司所用的LED光源为世界一流厂商的,电器配件的主要元器件为欧美厂商的.、灯具散热 单个LED导热的克服，并不等于照明光源灯具散热的解决,随着大功率、大尺寸、高亮度芯片发展,LED器件和灯具的散热必须解决。我司大功率LED灯具采用热管导热,热辐射和自然空冷的方式散热.根据LED的HATIZ定理:LED工作温度为25以下时,使用寿命为10万个小时,25-50时,使用寿命为5万个小时,50-75时,使用寿命为2万个小时,75
19、-100 时,使用寿命为1万个小时,100-125时,使用寿命为5千个小时,125-150时,使用寿命为2千个小时.11/5/202234LED灯具知识问答 6.影响大功率LED灯具的使用寿命的关键因素有哪些?答:1.开关电源的使用寿命,2.LED光源本身的光衰和散热结构组成,3.整个大功率LED灯具的散热结构设计.7.大功率LED灯具有多长的使用寿命?答:根据LED的HATIZ定理:LED工作温度为25以下时,使用寿命为10万个小时,25-50时,使用寿命为5万个小时,50-75时,使用寿命为2万个小时,75-100 时,使用寿命为1万个小时,100-125时,使用寿命为5千个小时,125-
20、150时,使用寿命为2千个小时.故影响大功率LED灯具的使用寿命关键在于是否很好地解决了其散热问题.11/5/202235LED灯具知识问答 8.国产LED芯片与国外知名厂商的LED芯片有何区别?答:1.国内在芯片结构和电路的制作、封装的工艺水平比较低,制作比较粗糙.2.晶片进行切割形成芯片时的精度不够.3.芯片封装选材比较差,封装成品率和可靠性比较差.9.大功率LED灯具现有哪几种散热方式?答:1.热辐射,2.热传导,3.热对流4.自然空冷.10.大功率LED灯具的电源有哪几种?答:一.按工作原理分:1.AC TO DC.2.AC TO DC,DC TO DC.3.逆变电源.二.按是否隔离:分隔离和非隔离.三.LED电源按驱动方式:恒流式和稳压式.四.LED电源按电路结构:1.常规变压器降压.2.电子变压器降压.3.电容降压.4.电阻降压.5.RCC降压式开关电源.6.PWM控制式开关电源.11/5/202236LED灯具知识问答 11.大功率LED灯具有哪几种恒流供电方式?答:1.串联供电,2.并联供电,3.串并联,4.多管芯组合在一起.12.大功率LED灯具里的光源有哪几种联接方式？答:1.并联,2.串联.3.串并联.4.SIP集成.11/5/202237谢 谢！11/5/202238
