【深度分析】大功率白光LED路燈發光板與驅動設計

根據平方反比定律可知,在直角坐標系中,在某一點P(x,y,z)的光照度可以表示為式(3):

其中ILED=LLED·ALED為LED的發光強度,LLED為LED芯片的亮度,單位cd/m2·sr,ALED為芯片的面積。
考慮只有兩個LED的組成簡單陣列情況,芯片之間的距離為d,那么兩個LED組成的陣列的光照度公式(4)為:

通過調節兩個芯片之間的距離d,得到比較均勻的照明區域所示,通過對E求兩次導,使得在(x,y)=(0,0)的位置d2E/dx2=0,得到最大平坦條件:
對于N×N陣列的LED模塊:

當N為奇數時,總的光照度公式(6)為:

當N為偶數時,總的光照度公式(7)為:
計算各LED芯片間的距離的方法與兩管的計算方法相同。圖13為仿真模擬結果。當兩個點光源的距離為dmax時在坐標零點附近的照度是均勻的,否則將出現暗區。
圖13LED雙芯片之間發光圖樣重疊(歸一化)分布示意圖((a)d=dmax,(b)d》dmax)
大功率白光LED芯片陣列---路燈發光板的驅動與亮度調節技術
發光半導體屬于直流驅動元件,驅動方式有:
恒壓驅動有文獻也稱為電阻限流驅動方式和恒流驅動方式兩種。相比之下,恒流驅動PWM調亮方式來驅動大功率白光發光二極管要優于恒電壓驅動調節工作電流方式來調節亮度的方式。
因為大功率白光發光二極管只有在特定的電流區間內才能發出純正的白光,對照明場景內的景物有最強的再現能力即演色性,但是這個電流范圍非常窄。LED的響應時間一般只有幾納秒至幾十納秒,適合于頻繁開關以及高頻運作的場合,因此可以方便地通過周期性的改變脈沖寬度,亦即控制占空比的方式來實現對LED亮度的調節,例如要將亮度減半,只需在50%的占空周期內提供電流就可以實現了。可選擇200~300Hz的開關頻率來進行PWM亮度調節,這是因為人眼無法分辨超過40Hz的頻率的變化,但是太高的頻率又會引起白光顏色發生移位和亮度調節非線性,恒流驅動PWM亮度調節方式是工作在某個特定的正向電流下,LED能顯示出最純的白光,不會象調節工作電流方式調節亮度那樣隨著工作電流偏離這個值,大功率高亮度白光LED發出的光會產生偏色現象。另外,大功率高亮度白光LED都是工作在大電流下,因此其在工作時必然會產生大量的熱量。隨著工作溫度的升高,LED器件的性能會降低,因此散熱對LED器件工作性能影響很大。在使用PWM控制方式時和脈沖平均電流和直流電流大小相等的情況時,LED器件會有更低的溫度,外量子率比較高,所以有更高的發光亮度,也更加節電。而且PWM方式使用控制電路實現起來也比較容易。
結論
在LED路燈發光板設計過程中要保證大功率白光LED的發光效率和每個LED芯片光發射的適當交叉覆蓋。大功率白光LED的發光效率與芯片設計、封裝方式、驅動方式、溫度等因素密切相關。為盡量提高大功率白光LED路燈發光板的電/光轉化效率,設計中從大功率白光LED發光芯片設計入手,采用增加發光芯片面積、電極優化、發光芯片倒裝焊接在高導熱熱沉材料襯底、保型涂粉等技術,保證了大功率白光二極管最大電/光轉化率和所發出白光的均勻度。大功率白光LED畢竟屬于點光源,發光過程中熱量集中,并且當LED結溫超過120℃時將產生嚴重光衰和偏色。根據有限元分析軟件對單管大功率白光LED倒裝焊接封裝于高導熱熱沉層封裝模型的熱阻分析可知:采用高導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溫,在空氣自然對流下,其直徑要大于20mm才能使LED芯片在120℃以下工作。而采用的COB技術封裝的LED模塊,很容易實現在空氣自













評論