8白光照明LED驱动电路系统设计与研究

厦门大学硕士学位论文白光照明LED驱动电路系统设计与研究姓名：吴冬明申请学位级别：硕士专业：微电子与固体电子学指导教师：李开航20090601白光照明LED驱动电路系统设计与研究作者：吴冬明学位授予单位：厦门大学相似文献(10条)1.期刊论文杨幸.郭维.朱大中.YANGXing.GUOWei.ZHUDazhong带有过温保护功能的1W白光LED驱动电路设计-传感技术学报2009,22(8)基于CSMC5V0.6μm标准CMOS工艺设计研制了一种具有过温保护功能的1W温度传感LED恒流驱动电路.该电路由恒流驱动模块和温度传感模块组成,在电源电压为5V时能提供350mA恒定驱动电流,并能在设定温度下关断功率MOS管,实现过温保护功能.恒流驱动模块采用比例电流采样方式,在电源电压正负变化10%范围内,驱动电流变化小于4.3%,温度传感模块利用PTAT(与绝对温度成正比)电压与基准电压比较,产生关断信号,关断温度在50℃-125℃范围内可由外接电阻设定.该芯片实现了温度传感模块和白光LED恒流驱动模块的单片集成,在LED照明技术中有一定的应用价值.2.期刊论文李长敏.李中华.史岩.杨殿来.林海.LIChang-min.LIZhong-hua.SHIYan.YANGDian-lai.LINHaiLED暖白光照明用(Y2.95-xGdxCe0.05)Al5O12系列荧光粉的晶相与三维荧光光谱-大连轻工业学院学报2007,26(2)采用高温固相法合成(Y2.95-xGdxCe0.05)Al5O12系列荧光粉,研究了(Y2.95-xGdxCe0.05)Al5O12粉体的晶体结构,运用三维荧光光谱全面表征该体系荧光粉的发射光谱,结果表明Gd3+的加入并没有改变荧光粉的原有晶体结构,只是由于Gd3+离子半径大于Y3+离子半径,使得样品晶格常数略有增加,并且导致荧光发射主峰向长波方向移动,有利于降低白光LED器件相关色温和提高显色指数.3.学位论文马志凌大功率白光LED热特性研究与分析2008半导体白光照明技术采用大功率发光二极管(LED)作为发光元件,具有体积小、重量轻、功耗低、效率高、耐冲击、寿命长和长期成本低等优点,是21世纪半导体技术发展与突破的关键,将带动整个第三代宽禁带半导体技术的发展。大功率LED工作时超过80％的输入电功率转变为热,从而导致器件温度升高,影响LED的光通量、寿命以及可靠性,并会导致出射光线色坐标发生漂移,严重影响器件的光学性能。因此,对大功率LED进行热特性研究对提高大功率LED器件性能和应用产品可靠性,加快半导体照明时代的到来具有深远的意义。本文对大功率白光LED的热特性进行系统研究。在总结大功率LED热设计思路的基础上提出大功率LED的封装热阻计算模型,并进行热阻的理论计算；研制出快速热阻测量仪,为大功率LED热特性测试分析方法提供新手段；通过对LED产品进行热阻曲线测试与分析,提出长期热可靠性的快速检验方法；使用ANSYS软件对常用的两种粘接材料进行热仿真,比较其热机械性能；针对荧光粉层在大功率白光LED发光中的重要作用,提出采用聚酯丙烯酸酯作为荧光粉热保护材料的新封装结构。本文在传统传热理论基础上对其基本方程和大功率LED工作时边界条件适度修正和合理假设,并结合微纳传热理论,提出新的传热方程。通过求解方程可得封装热阻模型。此热阻模型反映封装后的芯片的内部散热机制,能快速计算不同尺寸,封装材料的LED产品热阻。本文在大功率LED的热特性研究基础上,通过温度敏感参数电学特性测量,研制出新型快速热阻测量仪器。仪器可测量结温变化,进而计算大功率LED的热阻。仪器基于2004年国家公布实施的“发光二极管测试方法”,采用具有高速数据采集能力的NIDAQmx数据采集卡,精确的记录在一定测量条件下的大功率LED动态特性,并通过LABVIEW平台的编程,实现测量过程的控制和测量数据的处理,从而建立自动高效的大功率LED热特性分析系统。运用自主研制的热阻测试系统,对大量不同厂家不同封装结构的大功率LED进行测试分析。测试结构表明垂直结构LED具有最佳散热特性；采用纳米银浆作为粘接材料比采用锡膏热阻降低2K/W以上。采用聚酯丙烯酸酯材料作为延缓荧光粉热老化材料后,器件热阻仅稍微增加。使LED大电流工作不同时间及跟踪热阻测量,所得热阻曲线可作为器件长期热可靠性判断依据,为具体应用提供指导。本文采用有限元分析方法,利用ANSYS软件,对大功率LED芯片封装结构进行了建模仿真。仿真结果表明：采用纳米银浆比采用锡膏作为芯片粘接材料,可以使芯片在工作时的结温降低,并具有更佳热机械性能。仿真还表明采用聚酯材料后,荧光粉层的温度下降超过3℃。从保护荧光粉的角度出发,提出一种新的封装结构与工艺流程。芯片工作时产生大量的热量,会加速荧光粉的老化。与传统的将荧光粉与灌封胶混合后直接涂在芯片上的涂敷方式区别,在涂敷荧光粉之前涂敷一层透明、低热导率、坚韧的聚酯丙烯酸树脂材料在芯片裸片上,使荧光粉在工作时得到热保护,从而有效改善荧光粉的热老化问题。具体实验表明,加入聚酯材料后,LED初始光通几乎不变；整体散热能力变化在2％范围之内；同等时间老化后,LED光衰得到改进。热隔离材料的应用使LED的寿命和可靠性得到提高。4.期刊论文金尚忠.张在宣.侯民贤.郭志军白光照明LED灯温度特性的研究-发光学报2002,23(4)分析了荧光粉转换型白光LED照明光源色坐标、显色指数、色温和发光效率与驱动电流和温度的关系.驱动电流的增加将引起蓝光波峰的长移,并随电流的增大而增大;但其对色坐标、色温和显色指数并未引起较大的变化,而发光效率发生下降.主要原因为蓝光波峰的红移导致荧光粉与激发波长的不匹配,引起荧光粉发光效率的下降.这个现象在不同环境温度下的发光也得到证实.实验结果认为LED的驱动电流为20mA,温度低于50℃时具有较好的发光效率.而显色指数要通过增加红色成分来改善.5.学位论文郝海涛白光LED用荧光材料的制备及性能研究2006白光LED具有耗电量小、寿命长、环保、响应速度快等优点。随着发光效率的提高和生产成本的降低，白光LED预计必将成为继白炽灯、荧光灯、高强度放电灯后的新一代照明光源。半导体照明将成为21世纪最具发展前景的高新技术领域。实现半导体白光照明的主要途径有以下两种：一是利用红、绿和蓝三基色的半导体LED芯片组合来实现白光照明；二是在超高亮度GaN基蓝、绿和紫外LED芯片上涂敷相应组分的荧光物质来实现白光照明，这类荧光物质就是白光LED用荧光材料。本文以白光LED用荧光材料为研究对象，采用高能球磨与反应烧结法、共沉淀法合成了应用最广泛白光LED用荧光材料——钇铝石榴石(Y3Al5O12，简称YAG)荧光粉，并用荧光转换法制备了性能优良的白光LED。采用X射线衍射仪对粉末样品的物相结构进行分析；采用荧光光谱仪测试了样品的激发光谱和发射光谱；采用场发射扫描电子显微镜对样品的微观结构和形貌进行表征，测试了样品的能量散射谱；并采用粒度仪测试了样品的粒度分布。大量的实验结果表明：①、采用高能球磨和反应烧结相结合的方法，在1300℃反应6h得到了单一物相的、发光性能良好的YAG荧光粉，产物颗粒尺寸分布均匀，无团聚，近似呈球形，平均粒度在2μm左右；加入适量助熔剂有助于合成发光性能好的YAG荧光粉，且不会引入杂相；采用共沉淀法在900℃获得了纳米级的YAG荧光粉，但其团聚现象严重，发光亮度偏低。②、YAG：Ce3+荧光粉的激发光谱为双峰结构，两主峰位于近紫外340nm处和可见光区460nm处，分别对应于铈离子2F5/2→5d和2F7/2→5d的电子跃迁，发射光谱为宽谱，最强发射峰位于535nm处。实验表明：激发峰和发射峰强度与铈离子的掺杂量有关，当铈离子的摩尔分数x=0.06时达到最大。③、钆离子的掺杂不会影响荧光粉的激发波长和强度，但能引起发射波长的红移，当钆离子的摩尔分数y从0.06增大到0.18时，荧光粉发射波长可覆盖535～560nm的黄绿光范围。采用位型坐标示意图定性分析说明：钆离子的掺杂使得基质中激发态位型坐标变宽，导致斯托克斯位移增大，因而引起发射光波长红移。④、在工作电流IF=20mA，工作电压U=3.5V的条件下，采用掺杂钆离子的YAG荧光粉制备白光LED可以降低其色温，增大其色坐标，当荧光粉组成为Y2.76Ce0.06Gd0.18Al5O12时，白光发光二极管色温为6605K，色坐标为x=0.310，y=0.323，显色指数81.8，基本符合照明光源的要求。6.期刊论文臧竞存.祁阳.刘燕行.ZANGJingcun.QIYang.LIUYanhang固体白光照明和稀土发光材料-材料导报2006,20(7)固体白光照明节能省电、无污染、长寿命,是替代白炽灯和荧光灯的新一代半导体光源.介绍了白光LED的产生、优点和研究现状,以及与之相匹配的稀土发光材料的研究动态,主要包括蓝光、紫外光和近紫外光转换型荧光粉,并介绍了新型单一相白光LED荧光粉和新型荧光体的发展状况,最后分析和评述了我国白光LED的差距和发展前景.7.学位论文王汉锋有机发光材料的合成、表征及在LED的应用研究2008本学位论文分为三部分，第一部分是有机电致发光(OLED)用发光材料重要配体4，7-二对溴苯基-1，10-菲啰啉(4，7-bis-(p-bromophenyl)-1，10-phenanthroline，4，7-bpbpphen)的无砷合成研究。由于当前该配体的合成需要使用剧毒物砷酸，对环境和经济的发展都极为不利，我们对该配体的合成方法skraup反应进行了一系列的研究，分析了氧化剂种类和使用量、温度、氧气以及溶剂的使用量上面对该反应产物和产率的影响，以1H-NMR，MS-EI和元素分析(elementalanalysis，EA)表征，最终首次建立了无砷合成4，7-二对溴苯基-1，10-菲啰啉的方法，并优化了该方法的反应条件。第二部分是针对当前半导体白光照明二极管(light-emittingdiodes，LED)用红光荧光材料发光亮度不足够，难以和其它单色荧光粉配合成白光及无机荧光材料大多被国外垄断的情形，对Eu(Ⅲ)有机配合物荧光粉的合成及与无机荧光粉配合组成白光进行了系列研究。合成了有机配体联苯甲酰三氟丙酮(BPTFA)，并用BPTFA作为第一配体，邻菲啰啉(Phen)或三苯基氧化磷(TPPO)作为第二配体，合成了相应的Eu3+二元和三元配合物，通过元素分析、红外吸收光谱、热重分析和光致发光分析对合成产物进行了表征，证实所合成的两种Eu(Ⅲ)二元配合物均为热稳定性高、光致发光性能优良的红色发光材料，可作为白光二极管用红色发光荧光粉。同时合成了掺杂二价铕铝酸盐绿色荧光粉，以XRD证实，并对该荧光粉的荧光性质进行了表征，适合应用作白色发光二极管的绿色荧光粉。第三部分以所合成的Eu(Ⅲ)二元和三元配合物为发光材料，混和一定比例的环氧树脂涂覆在～395nmInGaN基LED芯片上，制得相应的红色发光二极管，并测定了对应的发光光谱和色度坐标。所得的结果显示：Eu(Ⅲ)三元配合物对InGaN所发出的～400nm的近紫外光有较强的吸收，其对应二极管的发光光谱与原配合物粉末的荧光发射光谱相近，说明这些Eu3+有机配合物可用作LED红色荧光粉。用其中光致发光最强的三元配合物Eu(BPTFA)3phen同无机掺Eu2+铝酸盐和掺Eu2+硅铝酸盐荧光粉进行制备成发光二极管，其色坐标为(0.262，0397)，很接近白光区，为进一步制各白光LED奠定了基础。8.会议论文李莉.牟同升.张万生白光LED荧光粉的性能表征与测量2008基于蓝光LED芯片和荧光粉制备白光LED的技术已经成为半导体白光照明非常重要的技术路线，并实现了商业化。芯片与荧光粉的匹配优劣是影响白光LED性能的重要因素；针对这一问题，本文提出了LED荧光粉的性能表征与测量方法。采用了一种双分光式荧光粉测量系统，得到了荧光粉在单色波长激发下的量子效率；通过与蓝光LED芯片光谱加权积分，得到了蓝光LED芯片激发的白光LED光