高效率LED驅動電路的特性及問題分析

    1、單個led的流明效率與用LED作光源構成的燈具的流明效率異同

    針對某一個特定的LED，加上規定的正向偏置，例如加上IF＝20mA正向電流后（對應的VF≈3.4V），測得的輻射光通量Φ＝1.2lm，則這個LED的流明效率為：

    η＝1.2lm×1000/3.4V×20mA＝1200/68≈17.6lm/W

    顯然，對于單個LED，如施加的電功率Pe＝VF×IF，那么在這個功率下測得的輻射光通量折算為每瓦的流明值即為單個LED的流明效率。

    但是，作為一個燈具，不論LED PN結上實際加上的功率VF×IF是多少，燈具的電功率總是燈具輸入端口送入的電功率，它包括了電源部分（如穩壓器、穩流源、交流整流成直流電源部分等）所消耗的功率。燈具中，驅動電路的存在使它的流明效率比測試單個LED的流明效率要下降。電路損耗越大，流明效率越低，因此，尋找一種高效率的LED驅動電路就顯得極為重要。

    2、藍光LED涂上特殊熒光粉構成白光LED后輻射光通量會比高出十幾倍

    從前面我們已經知道白光LED是用什么方法制造出來的，其中一種方法是在發藍光的LED芯片上涂上一層YAG熒光粉，部分藍光光子激發YAG熒光粉，形成光?光轉換，熒光粉被激發產生黃光光子，藍色光與黃色光混合變成白色光，成為白光LED。這種通過光?光轉換后不同波長的光的混合，會使它的波譜變寬，白光LED一般具有比LED藍光波譜寬得多的波譜。對于用藍光芯片加YAG熒光粉制成的白光LED，與單色LED相比，人眼對它的視覺函數應當是各種波長成分視覺函數的積分平均值，此值可以通過計算得到約為296lm，即這種白光LED，當發射出光功率1W的白光時，其輻射光通量約為296lm，這個數值比發射光功率1W的藍色LED的輻射光通量41增大了7.2倍。

    3、LED的結溫如何產生

    LED的基本結構是一個半導體的PN 結。實驗指出，當電流流過LED器件時，PN結的溫度將上升，嚴格意義上說，就把PN結區的溫度定義為LED的結溫。通常由于器件芯片均具有很小的尺寸，因此我們也可把LED芯片的溫度視之為結溫。

    窗口層襯底或結區的材料以及導電的銀膠等均存在一定的電阻值，這些電阻值相互壘加，構成LED的串聯電阻。當電流流過PN結時，同時也會流過這些電阻，從而也會產生焦爾熱，引起芯片溫度或結溫升高；由于LED芯片材料于周圍介相比，具有大得多的折射系數，致使芯片內部產生的大部分光無法順利地溢出界面，而在芯片與介質界面產生全反射，返回芯片內部并通過多次內部反射最終被芯片材料或襯底吸收，并以晶格振動的形式變成熱，促使結溫升高。

    4、LED PN結上溫度升高會引起它的光電參數退化

    PN結作為雜質半導體在其工作過程中，同樣存在雜質電離、本征激發、雜質散射和晶格散射等問題，從而使復合栽流子轉換成光子的數量和效能發生變化。當PN結的溫度（例如環境溫度）升高時，PN結內部雜質電離加快，本征激發加速。當本征激發產生的復合載流子的濃度遠遠超過雜質濃度時，本征載流子的數量增大的影響較之遷移率減小的半導體電阻率變化的影響更為嚴重，導致內量子效率下降，溫度升高又導致電阻率下降，使同樣IF下，VF降低。如果不用恒流源驅動LED，則VF降將促使IF指數式增加，這個過程將使LED PN 結上溫升更加快，最終溫升超過最大結溫，導致LED PN結失效，這是一個正反饋的惡性過程。

    PN結上溫度升高，使半導體PN結中處于激發態的電子?空穴復合時從高能級向低能級躍遷時發射出光子的過程發生退化。這是由于PN結上溫度升高時，半導體晶格的振幅增大，使振動的能量也發生增加，當它超過一定值時，電子?空穴從激發態躍遷到基態時回與晶格原子（或離子）交換能量，于是成為無光子輻射的躍遷，LED的光學性能退化。