簡述大功率LED在號誌燈中的應用

LED是一種場致發光光源,其發光原理是在P-N結兩端加上正向電壓,則P區中空穴會流向N區。而N區中的電子會流向P區。隨著少數載流子和多數載流子的複合放出能量,其中一部分能量轉化為熱,另一部分能量轉化為光。



LED的發光顏色決定於基體和滲雜的材料,除白光外基本上都是較純的單色光,光色容易控制,因此可廣泛地應用於各種交通號誌燈、手號誌燈、顯示幕等。傳統的鐵路手持號誌燈採用普通白熾燈泡或充氣白熾燈泡作為光源,通過紅色、綠色、黃色的聚碳酸酯濾色片產生相應的紅色信號、綠色信號、黃色信號,一方面在聚碳酸酯加工成型過程中添加色粉量很難準確控制,導致產生的顏色不純正,另一方面聚碳酸酯在長期使用後,特別是在太陽光照射下會降解發黃,影響顯示出來的顏色。而且白熾燈泡使用壽命只有十幾個小時,更換頻繁,連續工作時間也達不到所要求的10小時以上,燈具也較重,攜帶不便。



目前已經有很多廠商採用紅色、綠色、黃色LED作為信號光源,也有一些廠商採用多個超高亮白色LED作為白色光源,但是白光由於光效低、功率小,照度不夠,因此僅能作為信號使用而不能起到工作照明作用。



由於LED的光效提高到與白熾燈相近,並且增加了顏色的變化範圍,使其具有了成為號誌燈光源的基礎,而其回應時間短、發熱低、能耗低以及壽命長、維護費用低等優勢,馬上使LED在號誌燈中有了大量應用。隨著光學設計的不斷改善,加上LED光效不斷提高,號誌燈需要使用的LED管數也從一開始的四、五百顆降到現在的一百來顆,甚至幾十顆。



大功率LED比一般LED在號誌燈中應用優勢:



1.使用材料不同:一般使用環氧樹脂作為安裝板,而大功率LED需要使用鋁基線路板(MCPCB)。



2.生產製程不同:一般LED使用波峰焊機或手工焊均可,而大功率LED需要使用貼片焊機。



3. 配套的電子元件不同:因為焊接製程不同,因此與一般LED配套的電子元件也是需要使用波峰焊機或手工焊的一般元件,而與大功率LED配套的電子元件都需使用貼片元件。



4.自動化程度不同:由於生產製程不同,SMD(貼片式)生產的自動化程度高,可以使用流水化生產線,而一般LED和一般元件由於外觀、結構差異較遠,因此有相當一部分工作如插管等都需手工完成,這樣導致兩者加工所需的工時也不同。



5. 加工性能保障不同:由於靜電防護等措施是影響LED使用壽命的重要因素,而一般LED生產的自動化程度不高,因此靜電防護等措施比較難以實施,因此大功率LED的生產製程比較容易保證LED的完好性能。



6.整合程度不同:由於大功率LED採用貼片式製程,因此其電子元件可以高度整合,可以把燈板和電源等都做得很少,而一般LED及其配套元件難以實現。



7. 結構設計要求不同:因一般LED功率小,單個LED發熱低(當然這些LED承受發熱的能力也低,散熱效果也差),而其分佈在整個發光面內,因此對其散熱方面的改善措施難以實施,而大功率LED相對集中,又是使用貼片製程安裝在鋁基板上,因此可以容易設計一些散熱器,把該燈板直接安裝在上面以改善其散熱效果。



8.配光設計要求不同:一般LED因為使用的管數多,均勻分佈在整個發光區域內,因此配光時需要針對LED做對應,而大功率LED管數使用較少,一般300mm號誌燈使用12顆甚至8顆就可達到要求,因此把整個燈板置於發光面的軸心附近,在配光時近似地當作集中光源來進行設計。



9.使用效果不同:一般LED由於發出的光出射角上,而又分佈在整個發光表面的範圍內,相互之間的間距較大,因此投射在發光表面的效果是能比較明顯地看出點狀分佈的發光光源,並且由於LED光源本身光強分佈中存在強弱,加上封裝中經常存在光斑不均勻,整個發光表面勢必存在明暗之分,加上配光時採用的是一一對應的方式,因此在有一個或一串LED失效的情況下,會出現暗班斑,從而影響整個號誌燈的光效和圖形。而大功率LED由於相對比較集中,在配光時也近似地當作集中光源進行,因此上述缺陷均能避免。



10.使用壽命不同:由於大功率LED具有管數少,支路少,因此容易使用支路恒流的電源,保證各個LED有著相同的供電環境,即使其中有個別失效,也不會影響到其他LED的供電電流。散熱效果好,節點溫度相對就會降低,因此壽命就會延長。允許工作電流較大,是一般LED的十幾倍,因此電流控制波動幾個毫安培,對大功率LED根本不會造成影響,而相對於一般LED,卻可能是致命的打擊,因此對電源精確控制的依賴性較小,也有利於提高壽命,因此可以延長使用壽命。

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