(LED家用照明节能灯系统 毕业设计 86页 31145字 正文30 页 其他包括 开题报告 文献综述 任务书 外文翻译 电路图 答辩记录)

摘 要
本文介绍了半导体发光二极管LED的发展情况、内部结构、工作原理。同时，对LED家用照明节能灯系统提出了设计方案。本系统的结构简单、能耗低、可靠性高，尤其适合家居生活的使用。
本系统以红、蓝、绿三色LED矩阵为基础，配合LED驱动电路，通过混合红、蓝、绿三色光以达到获得白光的效果，并且实现在节能降耗的基础上，收到自由调节灯光亮度的效果。
本次研究的理论知识是基于课本知识和课外资料的基础之上，通过综合查找相关书籍、刊物、网上的文献资料以及向老师和同学请教，在提炼消化后获得。
本文将基于LED的基本原理和驱动电路的优化方案，设计一个LED家用照明节能灯系统的模型。目的是为以后从事LED产品的设计开发、业务渠道的拓展打下良好的基础，树立独立从事产品研发的信心，并充分的锻炼自己的能力。

关键词： 白光；驱动电路；节能　


Abstract
This paper introduces something about the semiconductor light emitting diode (LED), including its development, the interior structure and the work principle. Meanwhile, it also brings up the design proposal for energy saving lamp system of LED family application. The structure of this system is easy, less energy consuming and high reliability. It is very suitable for using in the house.
This system uses LED red, blue and green light matrix as the base, with LED driving circuit. Through mixing the red, blue and green light to reach the effect of white light, and also achieve the energy saving and reducing energy consuming, then to obtain the effect of adjusting the lamp brightness freely. The theory of this research is based on the combination of the knowledge from the books and the extracurricular data, through looking up the related books, magazines and the literature data on the net, and also with the help from teachers and classmates, and then after the research and the digest to obtain the theory used in this paper.
In this paper, I will design a model for the energy saving lamp system of LED family application, based on the optimized proposal of the basic principle of LED and driving circuit. The purpose of this research is to build the favorable foundation for design and development of LED products and the business on this field in the future, also to build up the confidence of engaging in product development on my own, meanwhile, through this research I have fully practiced my ability.

Keywords: white light; driving circuit; energy saving

目 录
0.前言 1
0.1 LED的国内外研究现状 1
0.2 课题的意义 2
1.LED与传统照明器件相比的特点 3
1.1 课题背景 3
1.2 主要研究内容 3
1.4 关键的问题 4
1.5 拟解决的方法 4
2.LED家用照明节能系统的总体设计与分析 5
2.1 LED家用照明系统的组成和工作原理 5
2.2 LED家用照明系统的问题解决措施 5
2.2.1 解决LED功耗问题的措施 5
2.2.2 解决白光问题的措施 6
3. LED及白光问题的解决方案 7
3.1 LED的结构、发光原理 7
3.1.1 LED的结构 7
3.1.2 LED的发光原理 8
3.2 LED主要特性 10
3.2.1 LED电学特性 10
3.2.2 LED光学特性 12
3.2.3 LED热学特性 17
3.3 LED技术参数 17
3.4 LED白光问题的解决方案 18
3.4.1 LED白光简介 18
3.4.2 实现白光的具体方法 18
4. LED家用照明系统驱动电路的设计 21
4.1 LED驱动的技术方案 21
4.2 LED驱动电路的设计 26
5.总结 28
参考文献 29
致 谢 30
英文文献翻译原文1 31
英文文献翻译译文1 40
英文文献翻译原文2 50
英文文献翻译译文2 57
附件1 任务书
附件2 文献综述
附件3 开题报告
附件4 验收登记表
附件5 答辩记录表
附件6 指导老师意见表
附件7 评阅表
附件8 评语表

0.前言
0.1 LED的国内外研究现状
在照明领域的技术革新中，LED的应用毫无疑问是最令人振奋的，它改变了整个照明市场的结构。
LED是由超导发光晶体产生超高强度的灯光，它发出的热量很少，不像白炽灯那样浪费太多热量，不像荧光灯那样因消耗高能量而产生有毒气体，也不像霓虹灯那样要求高电压而容易损坏。LED已被全球公认为新一代的环保型高科技光源。
近几年来，LED的发光效率已增长了100倍，而成本下降了10倍。在目前LED光源及市场开发中，极具发展与应用前景的是照明用LED，其用作固体照明器件的经济性显著，且有利于环保，正逐步取代传统的白炽灯。照明LED的世界年增长率在20%以上，美国、日本、欧盟以及我国的台湾均推出了半导体照明计划。目前，普通白光LED的发光效率为25lm/W，专家预计，2007年可能超过70 lm/W。功率型LED优异的散热特性与光学特性更能适应普通照明领域。为替代荧光灯，白光LED必须具有150~200 lm/W的光效，且每流明的价格应明显低于0.015美元（目前为0.25美元）[1]。要实现这一目标，仍有很多技术问题需要解决。按固体发光物理学原理，LED的发光效率能接近100%。因此LED被誉为21世纪新光源，有望成为继白炽灯、荧光灯、高强度气体放电灯之后的第四代光源。要实现白光LED具有150~200lm/W光效的目标，世界各国的科研人员正从改进工艺和开发新材料入手，以改进产品结构。
美国波士顿的Photonics Research研究中心报道了LED技术方面的新进展，声称光效达到330lm/W。这种被称作photon-rectcling的半导体光源可发出蓝、黄两种波长的光。所发出的光能使人感到的是白光。这种光效，与目前市场上的LED比要高10倍甚至更高。不过，应该指出，从实验室到商业化的产品这条路也许还十分漫长。
奥地利的照明设计公司已完成一项大型实验，采用了14000只白光和彩色LED的混合照明整个房间。光照水平达到600-700Lux，足够一间普通办公室的照明。用计算机计算白光，蓝光，蓝/绿光，琥珀和红光二极管的混合效果，以获得2500-3000K的暖色温，其显色指数非常接近最好的荧光灯。
由于LED产业不断涌现新技术、新产品、新应用，呈现出了朝阳工业的欣欣向荣的景象，可以相信，半导体技术不仅不会被其他技术取代，而且会继续沿着原来的轨道向前发展。半导体照明技术由于技术的先进性和产品使用的广泛性，已经被广泛认为是最具发展潜力的高科技领域之一。半导体照明产业具有明显的节能和环保效果，也被认为是一个战略性的高技术产业。
0.2 课题的意义
近些年LED通用照明的市场规模快速提升。因此LED照明系统，尤其是LED家用照明系统的设计与改进显得尤为迫切。
本课题应用性较强。能够大幅下降家庭在照明方面的电费和灯具开支，具有较高的经济效益。同时能够解决照明过程中的诸如发热导致周围环境温度升高，环境污染以及损耗过高等问题。



1.LED与传统照明器件相比的特点
1.1 课题背景
LED的内在特征决定了它是最理想的光源去代替传统的光源，它有着广泛的用途。
体积小：LED基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面，所以它非常的小，非常的轻。
耗电量低：LED耗电非常低，一般来说LED的工作电压是2-3.6V。工作电流是0.02-0.03A。这就是说：它消耗的电不超过0.1W。
使用寿命长：在恰当的电流和电压下，LED的使用寿命可达10万小时
环保：LED是由无毒的材料制成，不像荧光灯含水银会造成污染，同时LED也可以回收再利用。
坚固耐用：LED是被完全的封装在环氧树脂里面，它比灯泡和荧光灯管都坚固。灯体内也没有松动的部分，这些特点使得LED可以说是不易损坏的[2]。
普通白炽灯的寿命只有1000小时，而LED的寿命则高达50000小时，而且消耗的电量要少得多。根据美国Sandia国家实验室的研究，如果白光二极管系统能够普及，全世界照明用电的消耗将减少50％。影响白光二极管系统普及的主要障碍还是它的亮度和价格：目前白光二极管的亮度不足以照亮整个房屋，而且其价格大约是白炽灯泡的10倍。LED照明技术的发展将带来更加明亮的光线和更少的能源消耗。普通照明用的白炽灯和卤钨灯虽价格便宜，但光效低（灯的热效应白白耗电），寿命短，维护工作量大，但若用白光LED作照明，不仅光效高，而且寿命长（连续工作时间10000小时以上），几乎无需维护。目前，德国Hella公司利用白光LED开发了飞机阅读灯；澳大利亚首都堪培拉的一条街道已用了白光LED作路灯照明；我国的城市交通管理灯也正用白光LED取代早期的交通秩序指示灯。可以预见不久的将来，白光LED定会进入家庭取代现有的照明灯。
同时，“十一五”期间，国家发展和改革委员会将重点在公用设施、宾馆、商厦、写字楼、体育场馆、居民住宅中推广高效节电照明系统。国家还将严格照明产品市场准入，达不到强制性能效标准的产品不得生产销售，达不到建筑照明节能标准的建筑不得开工建设。国家将建立激励机制，加快高效照明产品推广应用，研究提出鼓励高效照明产品生产、使用的财政税收政策。这些新政将为LED市场铺平一条更顺畅的发展之路。可见对LED家用照明系统的改进，具有十分重要的意义。
1.2 主要研究内容
（1）LED产品的调研；
（2）LED白光效果的获得；
（3）限流电阻型号的选择；
（4）LED驱动电路及整体系统的设计，并实现产品的调试。
1.4 关键的问题
（1）白光的模拟混合；
（2）驱动电路的设计。
1.5 拟解决的方法
（1）通过红、蓝、绿三色LED的混光，模拟获得白光；
（2）查找资料并独立设计驱动电路。