LED光源工作原理及亮度稳定性

LED光源亮度稳定性的中心议题：
    * LED发光源工作原理及特性
    * LED照明亮度稳定性要素
    * LED照明节能设计

自2010年起，欧、美、日等先进国家相继开始执行禁用白炽灯泡之法令，其法令原由乃基于限制低发光效率的光源。白炽灯泡被禁用，取而代之的光源包括省电灯泡、冷阴极管、LED等。但未来如再考虑对有害物质的限制考虑，LED光源将成为最佳选择。
　　
LED发光源工作原理及特性
　　
发光二极管是半导体材料合成的二极管，由PN接口组成，当外加正向电压时，电子与电洞结合以光子形式释出能量，因此具有发光特性。而其光源在靠近PN接口毫米以内产生，发光的波长取决于材料之特性而有不同发光颜色，常见有红、黄、绿、蓝发光二极管。发光二极管发光亮度可以通过工作电压(电流)的大小来调节。在很大的工作电流范围内，发光二极管的亮度随电流的增大而提高。
　　
LED照明亮度稳定性
　　
发光二极管的亮度随电流的大小而不同，且制造出来的发光二极管，其电压与电流曲线稍有差异，因而LED照明的亮度常随电源电压的变动而无法稳定。为维持亮度稳定一致，需要发光二极管恒流驱动器来实现。恒流驱动器可以使得发光二极管工作在固定电流模式，因而亮度稳定性高。恒流驱动器也让发光二极管长期工作在一定电流下，使其维持较长寿命。
　　
凯钰科技的T6316是一个恒流驱动器，它是一个具有4个通道的定电流发光二极管驱动器，输出电流可依照外置电阻而定。T6316具有±6%精度电流与通道间±3%匹配精度，可用于路灯、灯管等照明设备。为节能考虑，系统设计需考虑恒流驱动器的跨压在0.5V～2V之间。由于发光二极管长时间工作在恒定电流下，其跨压稍有下降，此项变动亦需考虑在系统设计中。
　　
LED照明节能考虑
　　
发光二极管照明优点是节能、安全，但由于恒定电流工作考虑，能耗亦相对增加，因此照明系统设计以低能耗为目标。前面提到恒流驱动器的压降在2V以内，即是考虑低能耗的设计，若系统的电源端电压与串接发光二极管压降超过2V以上，则需考虑以电压转换器来达到低能耗目标，但仍维持恒定电流工作模式。低能耗的电压转换器是以开关式方式工作，依据反馈电路控制开关周期，达到稳定输出电压。但为了维持发光二极管恒定电流工作状态，反馈电路是以输出电流来控制转换器开关周期。
　　
凯钰科技T6322是一个降压恒流发光二极管驱动器，其电流依照外置电阻决定，可支持高达1.5A输出电流，提供±5%精度电流及高功率效能(低能耗)及高电线路调整能力。
　　
图1对T6322与其它产品的功率转换效率进行了对比。图2是T6322与其他产品的线路调整能力的对比(低电流变动率即表示高线路调整能力)。

　图1


　图2
　　
在目前充斥市场的LED照明产品中，它们的电源输入系统为两类：一类前端为AC电源输入系统加上后端的定电流控制模块，此类产品包括冷冻柜灯条、室内灯具、路灯、台灯、MR16、AR111等。另一类为交流电源直接输入系统整合AC/DC转换器和恒定电流线路，此类产品包括E27和GU10等灯泡型LED灯、PAR灯、T5和T8LED灯管等。
　　
第一类电源设计除了应选择前端效率较佳的恒定电压电源供应器外，后端恒定电源控制的电源模块则依其产品特性采用效率较佳的电源设计。其优点在于前端AC/DC的电源供应器，如开关电源、DC适配器等恒定电压电源，可选择性高且多有安规认证的方案，从而降低设计的门槛。
　　
第二类电源设计由于整合了AC/DC的电路和恒定电流电路，故可符合较小空间的机构设计，但从功率因子、电源效率和安规的考虑，设计也存在一些难度。因此，现今市场此类产品很少能达到高发光效率、高功率因子(>0.9)标准。
　　
目前LED照明产品要达到高发光效率，进而成为下一代主要光源，首要考虑的是电源模块的设计，针对不同的灯具产品选择正确的设计架构。此外，电源控制IC也必须提高电源效率、功率因子、可靠性，以开发适合LED照明需求的产品。