LED電源設(shè)計權(quán)威指南

前言

　　序　　照明革命　　LED使照明領(lǐng)域進(jìn)入了一個新紀(jì)元。從使用真空管到使用硅半導(dǎo)體芯片，現(xiàn)代計算機(jī)的計算能力有了翻天覆地的變化。與計算機(jī)相似，照明設(shè)備的效能也即將開始出現(xiàn)指數(shù)級增長。從油燈到100年前愛迪生發(fā)明的電燈泡和50年前出現(xiàn)的熒光燈，再到現(xiàn)在的LED，照明技術(shù)終于進(jìn)入固態(tài)技術(shù)的現(xiàn)代世界?！　ED照明裝置短期內(nèi)就將取代白熾燈和熒光燈，逐漸成為可供人們選擇的高效光源。目前的高效率照明裝置因外形、顏色、含有毒物質(zhì)汞和使用壽命有限等原因使消費(fèi)者望而卻步，但LED照明解決了上述的全部問題。　　從長遠(yuǎn)來看，LED光源要比其他所有光源更好且更廉價，它將真正成為人們的照明選擇。LED光源廉價高效，甚至可以用于無法想象的領(lǐng)域。LED將使當(dāng)前產(chǎn)值為1000億美元的照明工業(yè)發(fā)生巨變，改變的同時帶來的是機(jī)遇?！　∽詈蟮恼婵展堋　≌彰魇亲詈笠粋€仍使用真空管的領(lǐng)域。因性能和成本的巨大優(yōu)勢，如今所有的電子設(shè)備均使用集成電路。但白熾燈和熒光燈除外，它們都是真空管。LED與其他電子器件一樣屬于固態(tài)器件。在1W功率轉(zhuǎn)換為多少光量方面，單顆LED已經(jīng)和最好的熒光燈不相上下。未來的LED甚至更亮，因?yàn)轭A(yù)計LED的性能在接下來的10年可提高一倍，并將繼續(xù)提高直至達(dá)到電光轉(zhuǎn)換的物理極限。我們期待在不遠(yuǎn)的將來看到最后一個安裝在天花板上的真空管。　　綠色照明　　使用LED進(jìn)行照明有很多益處，最明顯的是它們的效率。目前照明用電占全球總用電量的20%，使用LED后這一比例將縮減至4%甚至更低。隨著LED在未來10年成為最主要的光源，能耗和溫室氣體排放量的減少將惠及每一個人。能耗的減少每年將為每個消費(fèi)者節(jié)省幾百美元，為房屋所有人節(jié)省更多。公共設(shè)施的數(shù)量增長也能得到更好的控制。地球溫室氣體的總量將減少，同時熒光照明排放的有毒物質(zhì)汞也將減少?！　≌彰髟O(shè)備的使用壽命　　作為固態(tài)器件，LED具有超長的使用壽命。它們沒有會折斷的燈絲，由于不使用真空管，也不用擔(dān)心空氣向真空管內(nèi)泄漏。事實(shí)上，它們根本不會損壞，只會逐漸變暗。想象一下我們在一生之中只需更換一或兩次燈泡！　　用LED照亮世界　　正如微處理器變得越來越便宜且功能越來越強(qiáng)大一樣，LED也將因半導(dǎo)體工業(yè)的成本降低技術(shù)而受益。LED光源的價格最終將降至與白熾燈相當(dāng)?shù)乃?，連同LED耗能的減少，使LED照明將在全世界范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。甚至在最貧窮的鄉(xiāng)村，每個兒童都將擁有一盞用于閱讀的LED電燈?！　ED照明系統(tǒng)的設(shè)計是一個令人激動的領(lǐng)域，而且相當(dāng)具有技巧性。我們希望讀者閱讀本書后能在照明領(lǐng)域有所成就，為你、為我、為世界做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)?！　on Lenk　　Carrol Lenk　　2011年2月于佐治亞州伍德斯托克

內(nèi)容概要

　　LED因其高效節(jié)能環(huán)保等諸多優(yōu)點(diǎn)成為照明領(lǐng)域的未來方向?！禠ED電源設(shè)計權(quán)威指南》講述LED的各種實(shí)踐知識，以及如何根據(jù)這些知識進(jìn)行實(shí)際照明設(shè)計。書中內(nèi)容共分為12章，將理論與實(shí)踐完美結(jié)合，為讀者提供LED電源設(shè)計的必備背景知識以及實(shí)戰(zhàn)指南。
　　《LED電源設(shè)計權(quán)威指南》適合LED電源設(shè)計工程師以及照明行業(yè)的相關(guān)技術(shù)人員。

作者簡介

　　Ron Lenk，從事電源研究設(shè)計工作30余年，是公認(rèn)的電力電子與系統(tǒng)方面的世界級專家，在該領(lǐng)域發(fā)表了大量論文，擁有12項(xiàng)專利，其中包括美國國際空間站電源系統(tǒng)的關(guān)鍵專利。Ron畢業(yè)于麻省理工學(xué)院，并擁有波士頓大學(xué)碩士學(xué)位。他曾任仙童半導(dǎo)體公司電源芯片部門負(fù)責(zé)人。幾年前創(chuàng)建提供普通用LED光源服務(wù)的SuperBulbs公司并任CEO?！　arol Lenk，本書第一作者Ron Lenk之妻，SuperBulbs公司創(chuàng)始人、工程部主任。麻省理工學(xué)院畢業(yè)后一直從事LED照明相關(guān)工作，是該領(lǐng)域的專家。

書籍目錄

第1章 LED簡介
1.1 什么是LED
1.2 小型LED和功率LED
1.3 磷光體和RGB
1.4 LED內(nèi)部探秘
1.5 LED適合于我的應(yīng)用嗎
1.6 Haitz定律
1.7 無序狀態(tài)
1.8 照明的未來
第2章 電燈泡和照明系統(tǒng)
2.1 光源
2.1.1 白熾燈
2.1.2 鹵素?zé)?br />2.1.3 熒光燈
2.1.4 感應(yīng)照明
2.1.5 高強(qiáng)度放電燈
2.2 光源的性質(zhì)
2.2.1 光質(zhì)
2.2.2 效能
2.2.3 時間
2.2.4 調(diào)光
2.2.5 老化
2.3 燈泡的類型
2.3.1 燈泡的形狀
2.3.2 燈頭
2.3.3 特種燈泡
2.4 照明的歷史
2.5 政府
2.6 照明系統(tǒng)
第3章 光學(xué)導(dǎo)論
3.1 光的能量
3.2 輻射度與光度
3.3 發(fā)光強(qiáng)度、照度和亮度（坎德拉、勒克斯和尼特）
3.3.1 發(fā)光強(qiáng)度
3.3.2 照度
3.3.3 亮度
3.3.4 光學(xué)物理量小結(jié)
3.4 什么是白色
3.4.1 MacAdam橢圓
3.4.2 關(guān)于顏色空間標(biāo)準(zhǔn)的注記
3.5 色彩還原：光的顏色與物體的顏色
第4章 LED特性實(shí)踐
4.1 電流型而非電壓型器件
4.2 正向電壓
4.3 反向擊穿
4.4 是效能，不是效率
4.5 LED的光譜
4.6 過驅(qū)動LED
4.7 數(shù)據(jù)表中的關(guān)鍵參數(shù)
4.8 篩選
4.9 關(guān)于公差的把戲
第5章 LED熱特性實(shí)踐
5.1 熱漂移機(jī)理
5.2 與溫度有關(guān)的LED電氣特性
5.3 與溫度有關(guān)的LED光學(xué)特性
5.4 其他特性的溫度漂移
5.5 LED的壽命：光通量的降低
5.6 LED的壽命：突變失效
5.7 并聯(lián)LED
第6章 LED熱管理實(shí)踐
6.1 熱分析簡介
6.2 熱阻的計算
6.3 環(huán)境
6.4 實(shí)用的溫度估計法
6.5 散熱片
6.6 風(fēng)扇
6.7 增強(qiáng)輻射
6.8 驅(qū)動電路的排熱
第7章 LED直流驅(qū)動電路設(shè)計實(shí)踐
7.1 基本思路
7.2 電池基礎(chǔ)知識
7.3 開關(guān)電源概述
7.4 降壓變換器
7.5 升壓變換器
7.6 升-降壓變換器
7.7 輸入電壓的限制
7.8 調(diào)光
7.9 鎮(zhèn)流器（驅(qū)動電路）的壽命
7.10 陣列
第8章 LED交流驅(qū)動電路設(shè)計實(shí)踐
8.1 安全
8.2 哪一個交流
8.3 整流
8.4 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇
8.5 非隔離電路
8.6 隔離
8.7 元器件的選擇
8.8 EMI
8.9 功率因數(shù)校正
8.10 雷擊
8.11 調(diào)光器
8.12 紋波電流對LED的影響
8.13 壽命
8.14 UL、能源之星等諸如此類的標(biāo)準(zhǔn)
第9章 LED系統(tǒng)設(shè)計實(shí)踐
9.1 PCB設(shè)計
9.2 接地
9.3 其他連接
9.4 實(shí)現(xiàn)發(fā)光
9.5 惡劣環(huán)境中的LED
9.6 考慮到下一代LED的設(shè)計
9.7 照明控制
9.7.1 DALI協(xié)議
9.7.2 DMX512協(xié)議
9.7.3 802.15.4和ZigBee開放標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)
9.7.4 電力線通信
第10章 設(shè)計實(shí)例
10.1 實(shí)例：LED手電筒的設(shè)計
10.1.1 市場部門的初步要求
10.1.2 初步分析
10.1.3 技術(shù)指標(biāo)
10.1.4 功率變換
10.1.5 熱模型
10.1.6 PCB
10.1.7 最終設(shè)計
10.2 實(shí)例：USB燈的設(shè)計
10.2.1 市場部門的初步要求
10.2.2 初步分析
10.2.3 技術(shù)指標(biāo)
10.2.4 功率變換
10.2.5 熱模型
10.2.6 PCB
10.2.7 最終設(shè)計
10.3 實(shí)例：汽車尾燈的設(shè)計
10.3.1 銷售部門的初步要求
10.3.2 初步分析
10.3.3 技術(shù)指標(biāo)
10.3.4 功率變換
10.3.5 熱模型
10.3.6 PCB
10.3.7 最終設(shè)計
10.4 實(shí)例：LED燈泡的設(shè)計
10.4.1 市場部門的初步要求
10.4.2 初步分析
10.4.3 技術(shù)指標(biāo)
10.4.4 功率變換
10.4.5 PCB
第11章 LED和光測量實(shí)踐
11.1 光輸出測量
11.1.1 照度計
11.1.2 積分球
11.1.3 測角光度計
11.1.4 測量LED光輸出時的特殊事項(xiàng)
11.2 LED測量標(biāo)準(zhǔn)
11.2.1 燈具的光輸出（LM-79）
11.2.2 LED使用壽命（LM-80）
11.2.3 ASSIST
11.3 測量LED的溫度
11.4 測量熱阻
11.5 測量功率、功率因數(shù)和效率
11.5.1 準(zhǔn)確度和精確度
11.5.2 測量直流功率
11.5.3 測量交流功率
11.5.4 測量功率因數(shù)
11.5.5 測量鎮(zhèn)流器效率
11.5.6 EMI和雷擊
11.6 加速壽命試驗(yàn)
第12章 LED建模實(shí)踐
12.1 預(yù)備知識
12.2 Spice建模實(shí)踐概述
12.3 不該做什么
12.4 該做什么
12.5 正向電壓建模
12.6 反向擊穿
12.7 光輸出建模
12.8 溫度效應(yīng)建模
12.9 熱環(huán)境建模
12.10 熱瞬態(tài)
12.11 關(guān)于建模的幾點(diǎn)探討
參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　5.4 其他特性的溫度漂移 目前為止，還未提到絕對最高額定溫度的概念。由于磷光體的老化效應(yīng)，有些LED的絕對最高額定溫度為150℃，而另一些為85℃，這樣定額的原因或許與LED的壽命有關(guān)。由于多種原因，數(shù)據(jù)表指定L=ED的亮度在工作50000小時后降為初始亮度的70％（下一節(jié)將對此進(jìn)行更深入地討論）。溫度是唯一能改變的因素。通過規(guī)定更低的工作溫度，可以減輕磷光體的老化現(xiàn)象，因此亮度降為70％所需的時間得到延長。作者懷疑降低溫度的效果并不突出。你會因?yàn)?0000小時而不是50000小時后亮度降至70％拒絕該LED嗎？因此保持LED的工作溫度在85℃以下并非完全必要的。事實(shí)上在功率適當(dāng)時，也難以保證LED工作于這么低的溫度。應(yīng)直接詢問廠商工作溫度更高時LED的壽命如何。查閱LED的規(guī)格時會發(fā)現(xiàn)一些微妙之處。到底哪些溫度應(yīng)低于絕對最高溫度？有些數(shù)據(jù)表規(guī)定的是芯片溫度，有些則規(guī)定焊盤溫度，兩者之間存在較大差異。若輸入至LED的功率為3W，pn結(jié)至焊盤的熱阻為10K／W，那么兩者的溫差為30℃，因此焊盤為85℃時，芯片為115℃！因此應(yīng)確認(rèn)壽命是在哪一點(diǎn)的哪個溫度下定額的。另一種情況是脈沖電流對LED的影響。因?yàn)殡m然LED的電流幅值不變，但可以改變LED導(dǎo)通的時間，對進(jìn)入LED的電流進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制（PWM）是首選的調(diào)光方法。如果用減小電流的方式調(diào)光，那么如前所述，將引起顏色偏移問題。如果使LED電流高頻脈動，也許你會認(rèn)為L,ED的溫度取決于平均功率。但如果脈沖頻率較低，也許芯片會在兩個脈沖間的時間內(nèi)冷卻。如果溫度在部分時間較低，則對延長LED壽命有著有利的影響，延長了LED壽命降至70%的時間。與較慢的老化速度相比，熱時間常數(shù)很小。第6章中講到，熱與RC網(wǎng)絡(luò)存在精確的相似性。除了熱阻外還存在熱容，兩者相乘為熱時間常數(shù)。其物理意義為電源施加于器件或移除后，器件變熱或冷卻所需的時間。

媒體關(guān)注與評論

　　“LED必將在全球范圍內(nèi)引發(fā)照明領(lǐng)域的革命，使得當(dāng)前產(chǎn)值高達(dá)1000億美元的照明工業(yè)發(fā)生巨變。Ron和Carol為讀者進(jìn)入這個產(chǎn)業(yè)分一杯羹提供了具體的途徑。”　　——Robert Walker博士，YEBY聯(lián)合公司合伙人

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