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大功率LED 照明用恒流驱动方案介绍序言LED 即发光二极管，是一种半导体固体发光器件。
它是利用固体半导体芯片作为发光材料，在半导体中通过载流子发生复合放出过剩的能量而引起光子发射，直接发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫、白色的光。
LED 一般被称为第四代照明光源或绿色光源，具有高节能、利环保、寿命长、体积小、高亮度等特点，可以广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明和城市夜景等领域；LED 灯作为一种新的照明用光源，正在逐渐得到大规模和大范围内的应用；LED 照明灯自身在节能，长寿，高能效，亮度方便可调节等方面的优异特性也符合现在倡导的低碳，环保的大趋势；目前，LED 照明在LED 背光，LED 广告灯，LED 幕墙，大功率LED 路灯，LED 节能灯及日光灯，LED 显示等领域得到广泛深入的应用；预计在未来几年内，LED 灯将可能逐渐进入家庭照明，室内外照明等领域，成为一种重要的照明光源。
决定LED 灯的性能和寿命的核心部分是LED 恒流驱动电路，LED 灯的寿命（光亮度衰减）与驱动电流的稳定性和电流纹波或杂讯息息相关，LED 灯的可靠性主要取决于驱动芯片的可靠性和各种安全保护措施；芯龙半导体作为专业的电源管理芯片设计者，提供一系列高压，大电流，高效率，高可靠性，高性价比的LED 恒流驱动芯片；在大电流LED 单片全集成恒流驱动芯片领域，芯龙处于全球范围内的业界领先地位。
芯龙半导体的一系列LED 驱动芯片支持市电，直流稳压电源，太阳能电池，电子变压器，交流变压器，蓄电池，车载电源等多种供电方式；输出恒流驱动LED 的功率从10W~100W全系列；LED 模组可以串联，并联，串并联结合等多种连接方式；电路拓朴支持降压，升压，升降压等多种结构。
上海芯龙半导体致力于开发耐高压、高效率、大电流、高可靠性、高性价比的单片开关模拟电源管理类集成电路，开发出一大批耐高压、高效率、大电流、高可靠性、高性价比的产品，逐步推向市场，可以应用于绝大部分供电的领域和应用。
大功率LED 的驱动电路设计（PT4115应用）摘要：LED （light emitting diode ）即发光二极管，是一种用途非常广泛的固体发光光源，一种可以将电能转化为光能的电子器件。
由于LED 具有节能、环保、使用寿命非常长，LED 元件的体积非常小，LED 的发出的光线能量集中度很高，LED 的发光指向性非常强，LED 使用低压直流电即可驱动，显色性高（不会对人的眼睛造成伤害）等优点，LED 被广泛应用在背光源、照明、电子设备、显示屏、汽车等五大领域。
而且随着LED 研发技术的不断突破，高亮度、超高亮度、大功率的LED 相继问世，特别是白光LED 的发光效率已经超过了常用的白炽灯，正朝着常照明应用的方向发展，大有取代传统的白炽灯甚至节能灯的趋势。
本论文主要介绍采用恒流驱动方式实现驱动电路，并且提出一种基于恒流驱动芯片PT4115的高效率的大功率LED 恒流驱动解决方案。
该种驱动电路简单、高效、成本低，适合当今太阳能产品的市场化发展。
关键词：大功率LED ；驱动电路；恒流驱动芯片PT4115一、LED 主要性能指标：1）LED 的颜色：目前LED 的颜色主要有红色,绿色,蓝色,青色,黄色,白色,暖白,琥珀色等其它的颜色；2）LED 的电流：一般小功率的LED 的正向极限电流多在20mA 。
但大功率LED 的功率至少在1W 以上，目前比较常见的有1W 、3W 、5W 、8W 和10W 。
1W LED 的额定电流为350mA,3W LED 的750mA 。
3）LED 的正向电压：LED 的正极接电源正极,负极接电源负极。
一般1W 的大功率LED 的正向电压为3.5V~3.8V 。
4）LED 的反向电压：所允许加的最大反向电压。
超过此值，发光二极管可能被击穿损坏 LED 发光强度：光源在给定方向的单位立体角中发射的光通量定义为光源在该方向的(发)光强(度)，单位为坎德拉（cd ）。
5）LED 光通量：光源在单位时间内发射出的光量称为光源的发光通量。
LED芯片种类及介绍LED芯片是一种发光二极管（Light Emitting Diode，LED）的核心组件，广泛应用于照明、显示、通讯和传感等领域。
根据不同的用途和要求，LED芯片有多种不同的种类和类型。
下面将介绍一些常见的LED芯片。
1.普通LED芯片：普通LED芯片是最基本的LED芯片，通常由镓磷化物材料构成。
它们具有低功耗、高亮度、长寿命等优点，广泛用于室内和室外照明、指示灯、面板指示等应用。
普通LED芯片有不同的尺寸和颜色可选。
2.SMDLED芯片：SMD（Surface Mount Device）LED芯片是一种表面贴装封装的LED芯片。
它们通常非常小巧，适合在限空应用中使用，例如电视、手机、平板电脑等显示屏。
SMD LED芯片有多种类型，包括单色、多色和全彩等，可实现各种显示效果。
3.COBLED芯片：COB（Chip on Board）LED芯片是将多个LED芯片连接到同一电路板上，形成一组LED芯片。
它们具有高亮度、高光效和均匀光分布的优点，在照明应用中非常受欢迎，例如室内灯具、车灯和户外照明。
4.UVLED芯片：UV（Ultraviolet）LED芯片是一种可以发出紫外线光的LED芯片。
它们广泛应用于紫外线消毒、紫外线固化、光刻、UV打印等领域。
UVLED芯片有多种波长可选，不同波长的紫外线适用于不同的应用。
5.IRLED芯片：IR（Infrared）LED芯片是一种可以发出红外线光的LED芯片。
它们在遥控器、红外线通信、红外线传感等领域得到广泛应用。
IR LED芯片有不同的波长和功率可选，可以适应不同的应用需求。
6.RGBLED芯片：RGBLED芯片由红、绿、蓝三种颜色的LED芯片组成，可以通过不同的亮度和混色方式来呈现各种颜色。
RGBLED芯片广泛用于彩色显示、舞台灯光、装饰照明等领域。
除了以上介绍的常见LED芯片，还有其他一些特殊类型的LED芯片，如高亮度LED芯片、高功率LED芯片、有机LED芯片等，它们在各自的领域有着特殊的用途和优势。
LED芯片LED芯片是一种光电半导体器件，它的全称是Light-emitting diode，即发光二极管。
LED芯片的主要作用是将电能转换成光能，通过发光产生可见光。
与传统的荧光灯和白炽灯相比，LED芯片具有更高的能效、更长的寿命、更小的体积和更高的耐冲击性。
LED芯片的基本结构包括P型半导体和N型半导体，中间夹着一层P-N结。
当正向电压施加到LED芯片上时，电子会从N型半导体流向P型半导体，而空穴则从P型半导体流向N型半导体，两者在P-N结相遇时会发生复合，产生光能。
根据不同的材料组成，LED芯片可以发出不同的光谱，从红色、绿色到蓝色甚至紫外线。
LED芯片的优点主要体现在以下几个方面：1. 能效高：LED芯片的能效比传统荧光灯和白炽灯更高，转换电能至光能的效率非常高，能够节省能源的消耗。
相同功率下，LED芯片的光亮度要高于其他光源。
2. 长寿命：LED芯片寿命一般可以达到几万个小时以上，远远超过传统灯泡。
这意味着LED产品的使用寿命更长，更节省更换成本。
3. 可调性好：LED芯片的亮度和颜色可以通过外部电流和电压进行调节，具有非常好的可调性。
这使得LED应用非常广泛，可以满足不同场景下的需求。
4. 反应速度快：LED芯片的反应速度非常快，可以迅速达到最大亮度，适合对光亮度要求较高的场景，如电子显示屏和灯光效果等。
5. 尺寸小：LED芯片的尺寸非常小，可以做到非常紧凑的设计，适合集成在各种设备和产品中。
6. 环保节能：LED芯片不含有汞等有害物质，不会对环境产生污染，而且能效高，节约能源，符合可持续发展的要求。
目前，LED芯片已广泛应用于照明、显示、电子产品、交通信号灯、汽车照明等领域，成为一种主流的照明和显示技术。
随着技术的不断进步，LED芯片的亮度、颜色、能效和稳定性不断提高，预计未来LED芯片的应用范围还将进一步扩大。
LED芯片种类及介绍在现代电子产品中，LED（发光二极管）芯片是最常见的光源之一、它具有低能耗、长寿命、小体积等优势，被广泛应用于背光、指示灯、车灯等领域。
随着技术的不断发展，LED芯片的种类也越来越多样化。
下面将介绍几种常见的LED芯片。
1.常规LED芯片：常规LED芯片是最基础的一种LED产品，具有传统的电流驱动方式。
常见的常规LED芯片有：DIP（插拔式双列直插）、SMD（表面贴装器件）等。
常规LED芯片颜色丰富，可用于背光、指示灯等应用。
它们的优点是价格低廉、可靠性高，但相对来说光效略低。
2.COBLED芯片：COB（Chip-on-Board）芯片是一种将多个LED芯片密封到同一芯片上的技术。
COB芯片采用多级封装，可以实现高密度、高亮度的光源。
相比于常规LED，COB芯片有更高的光效和更均匀的光分布，适用于照明领域的大功率应用，如室内照明、户外照明等。
3.高亮度LED芯片：高亮度LED芯片是指具有较高发光效率的LED产品。
高亮度LED芯片通常采用隧道结构或透明衬底技术，提高了光效和较大的光出射面积。
这种芯片常用于照明领域，特别是需要高亮度的应用，如车灯、手电筒等。
高亮度LED芯片的光效一般较高，通常属于高端产品。
4.RGBLED芯片：RGB（红、绿、蓝）LED芯片是一种能够产生多种颜色的LED产品。
RGBLED芯片内部包含三个独立的LED芯片，分别发射红色、绿色和蓝色光。
通过调节不同颜色的光的亮度和混合比例，可以产生各种颜色的光。
这种芯片常用于显示屏、舞台照明等需要多彩效果的应用。
5.高频LED芯片：高频LED芯片是一种具有快速响应时间和高频闪烁能力的LED产品。
相比于常规LED芯片，它的响应时间更短，可以实现更高的刷新率。
这种芯片常用于LED显示屏、摄影闪光灯等需要高速闪烁的应用。
总结起来，LED芯片种类繁多，每种芯片都有其独特的特点和应用范围。
无论是常规LED芯片、COB芯片、高亮度LED芯片、RGBLED芯片还是高频LED芯片，它们都在不同领域中发挥着重要的作用。
关于几种常用芯片的比较
3528芯片：单颗0.06W，单颗流明7-9LM
3528技术稳定成熟，发热量极低，光衰小，光色一致性好，并广泛应用于LED电脑显示器，LED电视机背光照明使用。
3528芯片因为亮度高，光线柔和，单颗功率低，发热量低等特点，完全符合LED吸顶灯全面板光源需求，全面板光源的应用完全弥补了环形灯管光线不均匀，中间以及外围有暗区的缺陷，真正实现了无暗区。
5630/6040芯片：单颗功率0.5-0.6W，单颗流明30-50W
新近出现的封装模式，发光强度及发热量介于中功率和大功率之间，产量低，光色一致性较差，主要用于灯泡，射灯，筒灯，天花灯等高密度灯具，光强很强，炫光感强，很刺眼，必须配独立的全铝散热器，否则在很短时间内会出现严重光衰，严重影响灯具寿命。
大功率1W芯片：单颗功率为1W，单颗流明80-90LM
技术成熟问题，亮度高，发热量大，光色一致性好，广泛运用于聚光型天花灯，射灯，筒灯，球泡灯，必须匹配独立的全铝散热器散热，单独的铝基板是完全无法承载大功率的散热量。
简单几招教你辨别大功率LED芯片
鉴于LED灯具市场杂乱无章的市场竞争现状，不少商家采取了恶性的降
价大战，对于消费者来说认识LED芯片时间很少也是很困难的事情。
其主要原因是：
1、没有专业的仪器
2、购买的都是成品，没有单独的测试样品
3、对LED芯片的相关知识了解太少。
首先我们来认知一下LED芯片。
什么是LED?简单来说就是发光二极管。
早些年LED主要是用在电路中作为指示灯使用。
随着可以的日新月异，LED
的技术也越来越成熟，使用领域也逐步扩大，LED逐步进入了照明市场，广泛
的应用于生活照明的方方面面。
当今我们接触或认知的LED产品主要有哪些呢?LED电视、LED显示屏、LED手电筒等是最常见的LED产品。
对于照明行业主要有LED天花灯、LED 吸顶灯、LED日光管以及2012年才兴起的LED面板灯等产品。
LED相对于传统白炽灯及节能灯有何种优势，可以使之成为取代传统照
明灯具的必然产品呢?
主要产品优势在于：
(1)节能省电低碳环保。
这是LED产品将取代传统照明的主要优势，他
相对于传统白炽灯省电90%，相对于节能灯省电50%。
(2)款式多样化。
无论是传统白炽灯还传统节能灯，甚至是钠灯等灯具产品，至今都只能停留在灯泡和灯管的外形阶段。
LED灯具现今的存在形式多种
多样，除了迎合传统灯具产生的LED球泡灯及LED日光管，还衍生出一大批
外形各异的灯具，包括灯带、灯串、灯条、模组、壁灯、水晶灯等产品。
大的。
LED技术引言LED（Light Emitting Diode）即发光二极管，是一种半导体器件，用于将电能转化为可见光。
LED技术自问世以来，经过长时间的发展和改进，如今已经成为照明、显示和通信领域中的主要技术之一。
本文将介绍LED技术的原理、特点以及应用领域，并讨论其对环保和节能的重要意义。
一、LED技术原理LED的发光原理是基于固体半导体材料的电致发光现象。
当LED器件通电时，电子和空穴在半导体结合层碰撞并重新组合，产生能量差，进而发出可见光。
其发光颜色主要取决于半导体材料的性质。
LED技术的发展主要包括以下几个方面：1.发光层材料的改进：随着材料科学的发展，新型材料的出现使得LED的发光效率和颜色选择性有了极大的提升。
2.封装技术的改进：LED器件还需要通过封装来保护电子元器件，同时控制光线的辐射角度和颜色均匀性。
3.芯片制造工艺的改进：微细加工技术的进步使得LED芯片尺寸不断减小，功率密度提高。
二、LED技术特点LED技术相比传统照明技术（如白炽灯、荧光灯）具有以下特点：1.高效能：LED的发光效率较高，可以将电能转化为光能的比例提高到80%以上，相比传统照明技术节能明显。
2.长寿命：LED具有较长的使用寿命，通常可达到上万个小时，大大降低了更换灯泡的频率和维护成本。
3.节能环保：LED是一种低能耗产品，能有效减少能源消耗。
同时，它不含有有毒物质，对环境友好。
4.快速响应：LED灯泡的启动时间非常短，可以在微秒级的时间内达到100%的亮度，而传统荧光灯则需要较长的时间。
5.色彩丰富：由于LED的发光颜色可以通过材料的选择进行调节，可以产生各种色彩的光线，满足不同场景的需求。
三、LED技术应用领域LED技术在各个领域都有广泛应用，主要包括以下几个方面：1.家庭照明：随着LED灯具的成熟和普及，越来越多的家庭开始使用LED灯泡替代传统的白炽灯和荧光灯，以实现节能和长寿命的目的。
2.商业照明：LED技术在商业场所的应用也越来越广泛，例如商场、酒店、办公楼等场景，LED灯具的亮度和颜色可调性使其成为照明设计的理想选择。
照明级LED芯片技术及其应用简介潘群峰三安光电股份有限公司内容概要•大功率LED的发展和现状•芯片关键参数的评估•大功率LED芯片的合理应用•LED芯片前沿技术展望（一）大功率LED的发展和现状氮化镓(GaN)基LED芯片Cree, 1997碳化硅衬底，垂直(非薄膜)结构P 面出光(p-side up)Nichia, 1997蓝宝石衬底，水平(正装)结构Ni/Au 半透明电极大功率LED芯片的发展演变(sapphire)正装Ni/Au (Lumileds, 1999年)倒装芯片结构(Lumileds, 2001年)垂直薄膜结构(Osram, 2004年)正装ITO (Elite, 2005年)大功率LED芯片的发展演变(SiC)MegaBright (Cree)XBright(Cree)EZBright(Cree)(OSRAM)倒装芯片(Flip-chip)Philips LumiledsLuxeon K2倒装芯片关键技术sapphirep-Si submountn-GaN MQW p-GaNn+n+NP9p 型反射电极系统9倒装焊基板设计倒装芯片关键技术植球机倒装键合机待倒装芯片硅基板倒装芯片(Flip-chip)Optotech(2006年)UEC(2004年)Genesis(2005年)FD(2004年)Sanan(2005年)APT(2010年)正装芯片OVAMKONLX-5NLX-5S-50ABMUPS-50BBMUP正装芯片关键技术—外延技术平坦面(常规) P面粗化(bump式) P面粗化(pit式) PSS (湿法) PSS (干法) PSS + P面粗化LED业界外延技术发展历程正装芯片关键技术—外延技术p粗化PSSp粗化+PSS正装芯片关键技术—侧壁蚀刻(sidewall etching)正装芯片关键技术—背镀反射镜P-pad ITO GaN N-padsapphireMirror Al SiO2/Al DBR ODR Improvement -+3% +7% +10~15％ SiO2 TiO2/SiO2 DBR Al or Ag正装芯片关键技术—电流阻挡层(CBL)P Pad SiO2 ITO Blocking layer(SiO2) N Pad垂直结构芯片Osram Thin-GaN Ge衬底Cree EZBright Thin-film Si衬底Semileds I-core MVPLED Cu合金衬底垂直结构芯片关键技术—衬底转移激光剥离蓝宝石(LLO)垂直结构芯片关键技术—表面粗化功率型GaN-LED技术现状统计截止2011年4月厂商Nichia Cree Lumileds Osram Semileds Epistar 三安 正装、PSS产品特点SiC生长衬底、垂直、Si衬底 薄膜倒装结构（TFFC） 垂直、Ge衬底 垂直、金属衬底 正装、p粗化、PSS 正装、PSS量产100~120lm/W 100~130lm/W 100~120lm/W 100~120lm/W 100~110lm/W 90~120lm/W 100~120lm/W研发183 lm/W 208 lm/W 140 lm/W 136 lm/W 130 lm/W 162lm/W 130 lm/W注：1W功率型LED、冷白光、工作电流350mA功率型GaN-LED技术现状Nichia VSx219A R&D 183lm/W (350mA, 4700K) 图形化衬底，水平结构Epistar V45, HV-LED R&D 162lm/W(47V, 20mA, 5000K) 粗化外延，水平结构，ITOCree EZBright, XLamp R&D 208lm/W(350mA, 4579K) SiC衬底外延，垂直薄膜结构2011-4-28Philips Lumileds Rebel Mass>125lm/W(350mA, 4000K) 薄膜倒装(Thin-film Flip-chip, TFFC)23AlGaInP系芯片发展历程各种AlGaInP芯片结构AS-typeRS-typeTS-typeAlGaInP系大功率产品Lumileds TSOsram RSTaiwan MSAlGaInP系大功率芯片技术Truncated Inverted Pyramid(TIP) Lumileds Buried MircoReflector(BMR) Osram（二）芯片关键参数的评估2011-4-2828芯片评估流程选选尺寸定定规格检检外观测测参数试试品质验验老化输入功率 产品定位 性价比电压 波长 亮度 分档 ……缺陷 沾污 排列 ……规格 公差 K值 ……PR识别 可焊性 推拉力 特性 一致性 ……常规寿测 加速老化 温湿循环 冷热冲击 ……2011-4-2829芯片尺寸S-38 ABMUPChip size: 965 x 965 µm Chip thickness: 150 µm Pad size : 100 µmS-23 CBMUPChip size: 432 x 585 µm Chip thickness: 100 µm Pad size : 85 µmS-45 ABMUPChip size: 1143 x 1143 µm Chip thickness: 150 µm Pad size : 100 µmS-24 ABMUPChip size: 600 x 600 µm Chip thickness: 100 µm Pad size : 100 µmS-50 ABMUPChip size: 1270 x 1270 µm Chip thickness: 150 µm Pad size : 100 µmS-38 BBMUPChip size: 500 x 950 µm Chip thickness: 100 µm Pad size : 100 µm2011-4-2830芯片规格2011-4-2831芯片外观外观OK外观NG 表面划伤外观NG之PSS缺陷 ¾瞬态光电参数良好 ¾老化后漏电严重 ¾老化后VF升高2011-4-2832芯片外观—图形衬底外延缺陷样品 1 2 3 42011-4-28老化前 VF 3.321 3.390 3.401 3.433 IR 0.16 0.16 0.16 0.16 Φv 14.56 17.48 17.75 17.01 Φe 444.2 461.6 462.2 440.6 VF168hrs,700mA老化后 IR 36.33 47.08 45.17 72.06 Φv 14.76 17.12 17.7 16.73 Φe 453.2 456.1 464.5 435.4333.577 3.519 3.601 3.632芯片参数—光强(亮度)发光强度 IV(mcd) 光功率 Φe(mW)wafer probechip probe2011-4-2834芯片品质(可焊性、推拉力)Pad peeling (拔电极)ITO ring peeling (ITO环掉)P电极脱焊(虚焊)9金属黏附性差 9镀膜前污染 9界面层氧化9焊偏or功率过高 9ITO膜层质量差 9外延表面沾污9电极表面沾污 9外延表面过粗糙 9电极受过高温芯片标签光功率与白光光通量芯片厂商 S公司 E公司 B公司芯片种类 正装 正装 正装芯片标签 封装白光 光功率(mW) 光通量(lm) 390 300 308 120 105 117白光K (lm/mW) 0.31 0.35 0.38注：上述芯片均由同一封装厂采用完全相同之材料、形式封装并在同一机台进行测试。
目前，业界尚无芯片光功率量测标准。
各厂标称值转换白光 光通量的K值存在一定差异。
2011-4-2836不同芯片结构类型的封装亮度差异TO固晶 光功率 (mW) 374 TO灌胶 光功率 (mW) 482 封装K 封装白光 光通量 (lm) 142 白光K (lm/mW)芯片外观芯片信息正装结构，PSS， 背镀DBR 垂直薄膜结构， Ag基反射镜，表 面金字塔粗化1.290.383794371.151300.34不同结构芯片的封装取光增加比例不同！ 正装PSS结构>垂直结构?2011-4-2837图形化、粗化芯片的预取光PSS a: 3~5um 封装K: 130~150%p-rough a: 1~2um 封装K: 120~130%Pyramid a: 1um 封装K: 110~120%PQC a: 0.5um 封装K：90~100%9图形化的尺度/周期越精细，芯片预取光率越高 9图形化+薄膜结构的预取光率较高不同反射镜结构的封装亮度差异pad Low-n padReflectivity: %100 80 60 40 20 0 350ITO p-GaN MQW n-GaN sapphire Mirror 正装背镀芯片s-DBR Al Low-n d-DBR AlS-ODR D-ODR400450500550600650700750Wavelength: nmMirror S-ODR D-ODRChip VF 3.41 3.42 IR 0.01 0.01 WLD 457.3 457.6 LOP 352 351 Φv 121.0 128.5White Lamp Tc 5414 5433 Ra 72.0 71.82011-4-2839正装芯片背镀反射镜背镀反射镜对白光通量的影响 9波长反射谱 9角度反射谱Reflectivity: %10080ODR Al600102030405060708090angle角度反射谱芯片发光分布—电流拥挤效应Bond Pad TCL (ITO) P-Cladding I1 Active Region N-Cladding Substrate I2 Bond PadCurrent paths: I1 = I2 =Voltages drop across path I1 & I2 are equal RsTCL = RsN-Cladding芯片发光分布—量测光影像(light-pattern)发光分布不均匀 --N电极布置不够合理发光分布均匀 --PN电极优化布置2011‐4‐2842芯片发光分布(light-pattern)Osram Thin-GaN芯片电流拥挤效应存在于thin-GaN芯片的n电 极和焊盘及其周边。
