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发光二极管的常见问题(上)

2020/9/16 8:34:36

作者:东方佳讯-谢静

亘古不变的是自然的星光。但是以前只有满月才能将大地照亮,文明与否的区别就在于我们能否用自己的科技为黑夜带来明光。一开始我们只能靠燃烧油脂,西方的国家捕鲸很多,用鲸鱼的鱼油制作蜡烛,我国则是蜂蜡或是动物白蜡。后来石油工业发达了,才改用的便宜的饱和长链烃做蜡烛。这种燃烧的方式显然安全性不高。所以爱迪生发明电灯的故事家喻户晓,爱迪生发明以及后面改良的白炽灯,虽然带来了光明,但是它们的特点是发光的效率并不高。

今天我们的光源正在从白炽灯、荧光灯向发光二极管(LED)转变。但是很多人不知道的是为了寻找蓝色发光二极管,人类的科学家用了整整30年!如此艰难才找到了蓝色的、具有工业量产意义的LED制作办法,终于凑足了三原色,可以实现白光了。LED的照明注定属于我们现在生活的世纪,那么今天我们就讲讲发光二极管在日常使用的哪些问题。

1、为什么不能超电压或超电流使用白光LED?

一般最常用的5mm白光LED,其正常工作电压多在3.0-3.5V范围之内,正常工作电流为20mA。但很多人误以为超电压或超电流使用白光LED会更亮,而实际测试结果是15mA以后光通量增长很厉害,20mA以后几乎没有见长,增大到30mA,比20mA只多了5%,但LED却有明显的发热。还有寿命的试验:20mA工作了一个月,衰减只有5%,现在还有95%的光通量,30mA的工作到19天的时候,光通量就只有50%了。可以这样认为,一只在正常条件下可工作10万小时的白光LED,在大电流下使用,寿命只有600小时!LED在一般说明中,都是可以使用50,000小时以上,还有一些生产商宣称其LED可以运作100,000小时左右,但这并不能保证LED产品也可以使用如此之久。错误的操作及工序就可以轻易地“毁掉”LED,LED会随着时间的流逝而逐渐退化,有预测表明,高质量LED在经过50,000小时的持续运作后,还能维持初始灯光亮度的60%以上。要想延长LED的使用寿命,就有必要降低或完全驱散LED芯片产生的热能。热能是LED停止运作的主要原因。

2、为什么白光LED发出的光的颜色总有些偏蓝或偏黄?

这是由于白光的LED,本来就是在发射蓝光的1nGaN基料上覆盖转换材料荧光粉,这种材料在受到蓝光激励时会发出黄光。于是得到蓝光和黄光的混合物,在肉眼看来就是白光。看看白色LED的发射谱线就知道,它有两个峰值,因此真正发射白光的LED是不存在的。这样的器件很难制造,因为LED的特点是只发射一个波长的单彩色光,而真正的白色光需要多色彩光谱合成。

3、LED采用并联接法好还是采用串联接法好?

LED采用并或串联接法,主要应该根据电源盒电路的形式及要求决定。并联或串联接法各有它们的优缺点。并联接法只需要在每个LED两端施加较低的电压,但需要利用镇流电阻或电流源来保证每个LED的亮度一致。如果流过每个LED的偏置电流大小不同,则它们的亮度也不同,从而导致整个光源亮度不均匀。采用串联接法本质上可以很好保证流过每只LED电流的一致性,但要求电源电压要高。另外,采用串联接法的电路,当其中一只LED断路时整串的LED都不亮;但当其中一只LED短路时其他LED都还能亮。采用并联接法的电路,当其中一只LED断路时其它的LED都还能亮;但当其中一只LED短路时则整个电路的电源将被短路,这样不仅其它的LED都不能正常工作,而且还有可能损坏电源。故相比之下还是串联接法的电路较有优势。

在实际运用中常采用串并联形成的LED阵列,这样可以克服或减小上述单个LED断路或短路造成整串LED不亮或对整个电路和电源的影响。所谓串并联就是先用少量LED串联再串镇流电阻组成一条支路,再将若干条支路并联组成“支路组”。此外,还能采用串并串形式,就是在已组成的“支路组”的基础上,再将若干“支路组”串联构成整个灯具电路,此种接法不仅缩小了一只LED故障时的影响面,而且将镇流电阻化整为零,将几只大功率电阻变成几十只小功率电阻,由集中安装变成分散安装,这样既利于电阻散热,又可以将灯具设计的更紧凑。

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发光二极管电路示意图