近年來，LED制造工藝的不斷進步和新材料（氮化物晶體和熒光粉）的開發和應用，各種顏色的超高亮度LED取得了突破性進展，其發光效率提高了近1000倍，色度 方面已實現了可見光波段的所有顏色，其中最重要的是超高亮度白光LED的出現，使LED應用領域跨越至高效率照明光源市場成為可能。

　　通過十多年對LED設計的潛心研究和學習。本人收集了LED應用設計中一些經典性的基礎問題分享給大家。其中涉及到內容有單個LED的流明效率與用LED 作光 源構成的燈具的流明效率異同分析，LED的結溫原理及結溫升高會對LED產生的影響問題，靜電破壞的原理以及列舉一些類型的LED容易受靜電破壞導致失 效，探討LED路燈防雷能用一個壓敏電阻的問題，解讀設計高品質LED驅動電路的方法和選擇和設計LED驅動電源時要考慮哪些因素等問題。

　　問：單個LED的流明效率與用LED作光源構成的燈具的流明效率有什么異同？

　　答：針對某一個特定的LED，加上規定的正向偏置，如加上IF＝20mA正向電流后（對應的VF≈3.4V），測得的輻射光通量Φ＝1.2lm，則這個 LED的流明效率為η＝1.2lm×1000/3.4V×20mA＝1200/68≈17.6lm/W。顯然，對單個LED，如施加的電功率 Pe＝VF×IF，那么在這個功率下測得的輻射光通量折算為每瓦的流明值即為單個LED的流明效率。

　　但是，作為一個燈具，不論LED PN結上實際加上的功率VF×IF是多少，燈具的電功率總是燈具輸入端口送入的電功率，它包括電源部分（如穩壓器、穩流源、交流整流成直流電源部分等）所消耗的功率。燈具中，驅動電路的存在使它的流明效率比測試單個LED的流明效率要下降。電路損耗越大，流明效率越低，因此，尋找一種高效率的LED驅動電 路就顯得極為重要。

　　問：什么是LED的結溫？結溫升高會對LED造成什么影響？

　　答：LED基本結構是一個半導體的PN結。當電流流過LED器件時，PN結的溫度將上升，嚴格意義上說，就把PN結區的溫度定義為LED的結溫。通常由于器件芯片均具有很小的尺寸，因此我們也可把LED芯片的溫度視之為結溫。

　　當PN結的溫度（例如環境溫度）升高時，PN結內部的雜質電離加快，本征激發加速。當本征激發產生的復合載流子的濃度遠遠超過雜質濃度時，本征載流子的數量增大的影響較之遷移率減小的半導體電阻率變化的影響更為嚴重，導致內量子效率下降，溫度升高又導致電阻率下降，使同樣IF下，VF降低。如果不用恒流源 驅動LED，則VF降將促使IF指數式增加，這個過程將使LED PN結上溫升更加快，最終溫升超過最大結溫，導致LED PN結失效，這是一個正反饋的惡性過程。

　　PN結上溫度升高，使半導體PN結中處于激發態的電子/空穴復合時從高能級向低能級躍遷時發射出光子的過程發生退化。這是由于PN結上溫度升高時，半導體 晶格的振幅增大，使振動的能量也發生增加，當它超過一定值時，電子/空穴從激發態躍遷到基態時會與晶格原子（或離子）交換能量，于是成為無光子輻射的躍 遷，LED的光學性能退化。

　　另外，PN結上溫度升高還會引起雜質半導體中電離雜質離子所形成的晶格場使離子能級裂變，能級分裂受PN結溫度的影響，這就意味著由于溫度影響晶格振動， 使其晶格場的對稱性發生變化，從而引起能級分裂，導致電子躍遷時產生的光譜發生變化，這就是LED發光波長隨PN 結溫升而變化的原因。

　　綜上所述，LEN PN結上的溫升會引起它的電學、光學和熱學性能的變化，過高的溫升還會引起LED封裝材料（例如環氧、熒光粉等）物理性能的變化，嚴重時會導致LED失效，所以降低PN結溫升，是應用LED的重要關鍵所在。

　　問：什么是靜電破壞？哪些類型的LED容易受靜電破壞導致失效？

　　答：靜電實際上是由電荷累積構成。人們在日常生活中，特別在干燥天氣環境中，當用手去觸摸門窗類物品時會感覺“觸電”，這就是門窗類物品靜電積累到一定程 度時對人體的“放電”。對于羊毛織品、尼龍化纖物品，靜電積累起來的電壓可高達一萬多伏特，電壓十分高，但靜電功率不大，不會威脅生命，然而對于某些電子器件卻可以致命，造成器件失效。

　　LED中用GN基構成的器件，由于是寬禁帶半導體材料，它的電阻率較高，對于InGaN/AlGaN/GaN的雙異質結藍色光LED，其InGaN的有源 層的厚度一般只有幾十納米，再由于這種LED的兩個正、負電極在芯片同一面上，之間距離很小，若兩端靜電電荷累積到一定值時，這一靜電電壓會將PN擊穿， 使其漏電增大，嚴重時PN結擊穿短路，LED失效。

　　正因為存在靜電威脅，對于上述結構的LED芯片和器件在加工過程中對加工廠地、機器、工具、儀器，包括員工服裝均要采取防靜電措施，確保不損傷LED。另外，在芯片和器件的包裝上也要采用防靜電材料。

　　問：LED路燈防雷能用一個壓敏電阻嗎

　　答：關于路燈的防雷設計并非是一個簡單的問題。首先要了解你的路燈系統方案全貌架構，如采用AC--》開關電源--》恒流源 --》LED光源的方案，那么，你應該首先考慮開關電源的防雷，雷擊的侵入往往是由AC電線導入的，先被侵害的主體應該是開關電源，經開關電源輸出 的直流電壓理論上是一干凈的電源，至此雷擊對恒流源的影響已經很小了。LED路燈一般是買現成的開關電源來配套，因此你在選用時特別選購能防雷擊的開關電 源，即在開關電源的輸入端已設置防雷擊電路。

　　問：隔離型與非隔離型驅動方案各有何優缺點？應用中如何選擇？

　　答：所謂隔離，是指輸入與輸出間沒有直接的電氣連接關系，從安全的要求講，一般要求輸入/輸出間耐壓在3KV以上。目前的隔離型方案多是以變壓器作為隔離元件的AC/DC的反激式（Flyback）電路方案，因此相對電路較復雜、成本較高。而非隔離型基本是采用功率電感的DC/DC的升壓（Boost）或 降壓（Buck）電路，相對電路較簡單，因而成本也相對較低。

　　由于電路上差異較大，大多數的芯片都不具備同時實現兩種方案的可能。從恒流精度上看，隔離型可以做到±5%以內，而非隔離型則很難做到。

　　目前在以市電為輸入電源的LED燈具中（特別是驅動與光源一體的燈具），本著安全第一的原則，基本已不需再采用非隔離型方案。但也有例外，LED日光燈管 由于受到結構和空間的制約，仍還用非隔離型方案。在低壓供電的LED燈具中，以效率和成本優先的原則，非隔離型方案是最佳的選擇。