【深度分析】大功率白光LED路灯发光板与驱动设计

　　根据平方反比定律可知，在直角坐标系中，在某一点P（x，y，z）的光照度可以表示为式（3）：

　　其中ILED=LLED·ALED为LED的发光强度，LLED为LED芯片的亮度，单位cd/m2·sr，ALED为芯片的面积。

　　考虑只有两个LED的组成简单阵列情况，芯片之间的距离为d，那么两个LED组成的阵列的光照度公式（4）为：

　　通过调节两个芯片之间的距离d，得到比较均匀的照明区域所示，通过对E求两次导，使得在（x，y）=（0，0）的位置d2E/dx2=0，得到最大平坦条件：

　　对于N×N阵列的LED模块：

　　　当N为奇数时，总的光照度公式（6）为：

当N为偶数时，总的光照度公式（7）为：　

　计算各LED芯片间的距离的方法与两管的计算方法相同。图13为仿真模拟结果。当两个点光源的距离为dmax时在坐标零点附近的照度是均匀的，否则将出现暗区。

图13LED双芯片之间发光图样重叠（归一化）分布示意图（（a）d=dmax，（b）d》dmax）

大功率白光LED芯片阵列---路灯发光板的驱动与亮度调节技术

　　发光半导体属于直流驱动元件，驱动方式有：

　　恒压驱动有文献也称为电阻限流驱动方式和恒流驱动方式两种。相比之下，恒流驱动PWM调亮方式来驱动大功率白光发光二极管要优于恒电压驱动调节工作电流方式来调节亮度的方式。

　　因为大功率白光发光二极管只有在特定的电流区间内才能发出纯正的白光，对照明场景内的景物有最强的再现能力即演色性，但是这个电流范围非常窄。LED的响应时间一般只有几纳秒至几十纳秒，适合于频繁开关以及高频运作的场合，因此可以方便地通过周期性的改变脉冲宽度，亦即控制占空比的方式来实现对LED亮度的调节，例如要将亮度减半，只需在50%的占空周期内提供电流就可以实现了。可选择200~300Hz的开关频率来进行PWM亮度调节，这是因为人眼无法分辨超过40Hz的频率的变化，但是太高的频率又会引起白光颜色发生移位和亮度调节非线性，恒流驱动PWM亮度调节方式是工作在某个特定的正向电流下，LED能显示出最纯的白光，不会象调节工作电流方式调节亮度那样随着工作电流偏离这个值，大功率高亮度白光LED发出的光会产生偏色现象。另外，大功率高亮度白光LED都是工作在大电流下，因此其在工作时必然会产生大量的热量。随着工作温度的升高，LED器件的性能会降低，因此散热对LED器件工作性能影响很大。在使用PWM控制方式时和脉冲平均电流和直流电流大小相等的情况时，LED器件会有更低的温度，外量子率比较高，所以有更高的发光亮度，也更加节电。而且PWM方式使用控制电路实现起来也比较容易。

结论

　　在LED路灯发光板设计过程中要保证大功率白光LED的发光效率和每个LED芯片光发射的适当交叉覆盖。大功率白光LED的发光效率与芯片设计、封装方式、驱动方式、温度等因素密切相关。为尽量提高大功率白光LED路灯发光板的电/光转化效率，设计中从大功率白光LED发光芯片设计入手，采用增加发光芯片面积、电极优化、发光芯片倒装焊接在高导热热沉材料衬底、保型涂粉等技术，保证了大功率白光二极管最大电/光转化率和所发出白光的均匀度。大功率白光LED毕竟属于点光源，发光过程中热量集中，并且当LED结温超过120℃时将产生严重光衰和偏色。根据有限元分析软件对单管大功率白光LED倒装焊接封装于高导热热沉层封装模型的热阻分析可知：采用高导热热沉的单管大功率LED的封装方案，外加散热基板面积的尺寸很大程度影响芯片的结温，在空气自然对流下，其直径要大于20mm才能使LED芯片在120℃以下工作。而采用的COB技术封装的LED模块，很容易实现在空气自