大功率LED是指拥有大额定工作功率的发光二极管。普通LED功率一般为0.05W、工作电流为20mA,而大功率LED可以达到1W、2W、甚至数十瓦,工作电流可以是几十毫安到几百毫安不等。由于目前大功率LED在光通量、转换效率和成本等方面的制约,因此决定了大功率白光LED短期内的应用主要是一些特殊领域的照明,中长期目标才是通用照明。

什么是大功率发光二极管

 

什么是大功率发光二极管

 

大功率发光二极管符号

 

大功率发光二极管符号

 

大功率发光二极管工作原理

 

大功率发光二极管(LED)是一种能把电能转化为光能的固体器件,它的结构主要由 PN 结芯片、电极和光学等系统组成。大功率 LED 的基本工作原理是一个电光转换的过程,当一个正向偏压施加于 PN 结两端,由于 PN 结势垒的降低,P 区的正电荷将向 N 区扩散,N 区的电子也向 P 区扩散,同时在两个区域形成非平衡电荷的积累。

 

由于电流注入产生的少数载流子相对不稳定,对于 PN 结系统,注入到价带中的非平衡空穴要与导带中的电子复合,其中多余的能量将以光的形式向外辐射,电子和空穴的能量差越大,产生的光子能量就越高。能量级差大小不同,产生光的频率和波长就不同,相应的光的颜色就会不同。

 

大功率和标准功率 LED 产品的对比:


1、简化设计过程
由于需要考虑极大简化热管理,因此相对于大功率技术所需的设计过程,标准 LED 阵列所需的设计过程要简单得多。在我们的理论例子中,驱动 1W LED 需要 350mA 电流,而六个标准 LED 阵列仅需 120mA 电流。大功率技术需要使用散热片和金属芯 PCB 板,以确保避免结点温度过高而造成的效率损失、使用寿命降低或者褪色。


因为标准的 LED 不需要使用散热片、金属芯印刷电路板(MCPCB)、电容器或电阻器,所以这些 LED 更易于设计、测试和制造。这种简化的过程不仅为生产过程节约了时间和金钱,而且还可以加快产品的上市时间。


2、节省成本
大功率 LED 需要进行热管理,这极大地增加了 LED 的成本。在设计过程中,最昂贵的附加物就是散热片。散热片可以由各种金属材料制作,这些材料既包括相对便宜的铝,也包括导电性能更好但却更昂贵的材料(如铜和银)。这些昂贵的材料可能导致大功率产品的成本增加 1~10 美元,而标准 LED 器件就可以避免这种成本的增加。


同样,大功率 LED 也需要使用 MCPCB 作为另一种被动冷却技术来控制结点温度。因为 MCPCB 的材料具有更好的导热性,所以相比于标准 LED 使用的更便宜的 FR4 PCB,这些电路板的散热效率更高。然而,其成本却可能高达 FR4 PCB 成本的 5 倍。使用更便宜的 FR4 PCB,根除对昂贵散热片的需求,以及简化设计的考虑事项,可以节约高达 60%的成本。


3、节省空间
当设备的内部空间限制非常大时,标准 LED 通常是最佳的选择。如上所述,大功率 LED 需要额外使用散热片以及总体来说较占空间的冷却技术。其首要任务是创造更多的表面积,以通过对流和辐射冷却。表面积较大可以更有效地帮助减少热量,但是同时也增加了大功率 LED 的体积。这对于较小空间和较小产品而言,增加了设计障碍。


标准 LED 阵列通常不需要占用空间的驱动器、电容器和电阻器(这些均为大功率 LED 所需),从而节省了高达 50%的空间。针对有限空间的应用,标准 LED 阵列可以提供与大功率 LED 相等的亮度,而同时又能极大地节省空间。