2022年高功率LED路灯控制器设计方案与制作 .pdf
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1、101 / 6 高功率 LED 路燈控制器設計與製作組員:何應宏、王智暐、曾雍舜、詹盛傑德霖技術學院機械工程系日四技0942 指導老師:林柳絮老師摘要LED 是台灣光電產業中最具競爭力的產品之一,台灣光電產業發展目前建構的最完整項目也應推LED ,從上游的磊晶片,中游晶粒至下游封裝,國內均有業者投入,其中國聯更是全球第三家開始量產高亮度LED 。台灣目前已成為全球可見光LED 下游封裝產品最大供應中心,高亮度LED 也已進入世界排名,全球競爭力大幅提升。台灣在發光二極體產業僅次於日本、美國,排名世界第三。台灣LED 中下游的晶粒切割、封裝和應用產業結構完整,單位製造成本大幅降低,發光二極體的需
2、求將持續增加,未來前景看好,上游磊晶片的研發、生產也在快速成長中,將具有成為全球第一大LED 生產國的實力。致謝感謝老師給我們這次機會且指導我們,在我們遇到瓶頸時,給予適時的鼓勵與建議,使我們學到遇到困難就必須努力解決,且對MCU 與 LED 路燈有更進一步的了解。一、簡介1.1 LED 發展LED 具有省電、輕巧、壽命長、高耐久性等特徵,70 年代開始商業化之後,便快速朝向高輝度、多色化以及高發光效率方向發展, 80 年代陸續出現GaAsP 高輝度紅光LED與AlGaAs 綠光 LED ,90 年代則有 AlGaInP 高輝度紅光、橙色LED 與GaInN 藍光、綠光 LED 被開發。 LE
3、D 的用途從早期的警示、廣告為主,逐漸轉移到一般照明領域,尤其是高亮度藍光 LED 的實用化後,使得白光LED 照明光源的發展動向備受歐美日各國的重視。隨著高亮度 LED 的實用化,不論是由用途或是省能源的觀點來看,低成本、高效率化、可靠性、高亮度的提升,將是LED 未來發展的主要方向。光電科技工業協進會PIDA )表示,手機彩色化應用帶動2003 年台灣高亮度藍光LED 晶粒與白光 SMD 型LED 出貨,而 2004 年除手機背光源外,汽車、交通號誌等LED 新應用也正崛起中; ITIS 也表示高亮度發光二極體High Brightness LED ;HB LED )的應用領域除各種顯示器
4、及交通號誌燈外,手機螢幕彩色化、手機閃光燈、照明、LCD 背光源及汽車市場也正興起,估計2003 年全球高亮度LED 市場模達 23 億美元,較2002年成長達 30,而 2004 年將達 29.46 億美元, 20022008 年年均複合成長率達 20;另外,亞洲地區已成為全球高亮度 LED 上中下游的主要供應地點,其中台灣的產能在 2004年將達到每月約11 億 12 億顆的水準,成為全球最大的HB LED 生產基地。本文將探討 LED 的今、明年將有哪些應用市場的興起,促使國內LED 廠商的營運能更上層樓。1.2 LED 路燈發展儘管 LED 發光效率已普遍提升至可以商品化的標準,但是L
5、ED 路燈從去年以來都還是雷聲大雨點小的狀態。主要原因仍在於LED 路燈標準仍未明確的被規範出來,因此相關政府單位在採購上仍無所適從。此外、目前LED 路燈維修費用相較於高壓鈉燈高出數倍,尤其是要將220W 轉換成 10幾伏特的電壓所需的變壓設備費用高昂,也是地方政府單位有疑慮之處。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 6 页102 / 6 目前路邊所看到的LED 路燈多為示範性質,多為僅 3.5M 高度,且安裝於捷運周圍,公園或是校園等非主要幹道。二、LED 工作原理2.1 LED 基本原理LED 是一種可以將電能轉化為光能
6、的電子零件,並同時具備二極體的特性,也就是具備一正極一負極,LED 最特別的地方在於只有從正極通電才是會發光,故一般給予直流電時,LED 會穩定地發光,但如果接上交流電,LED會呈現閃爍的型態,閃亮的頻率依據輸入交流電的頻率而定。LED 的發光原理是外加電壓,讓電子與電洞在半導體內結合後,將能量以光的形式釋放。目前全球產業所發展出的不同種類LED 能夠發出從紅外線到藍之間不同波長的光線,而業界也有紫色紫外線的LED ,近年來LED 最吸引人的發展是在藍光LED 上塗上螢光粉,將藍光轉化成白光的白光LED 產品。 LED之所以被稱為世紀新光源,原因在於LED 具備點光源與固態光源的特性,能夠節省
7、能源、高耐震、壽命長、體積小響應快速、並且色彩飽和度高。2.2 LED 的亮度在討論 LED 產品會看的發光亮度有3種單位,分別是照度單位勒克司Lux )、光量單位流明 Lumen ;lm)、發光強度單位燭光Candle power ;CD), 3種單位各自有適合使用的領域,但是在數值上是互通的。1 CD表示完全輻射的物體,在白金凝固點溫度下,每六十分之一平方公分面積的發光強度。適合用在主動發光燈具領域,如白熱燈泡。1 lm表示 1 CD光照射在距離為1公分,面積為1平方公分平面上的光量。適合用在反射燈具與穿透燈具領域,如投影機。1 Lux 表示指 1 Lm光量均勻分佈在1平方公尺面積上的照度
8、。適合用在攝影領域。一般而言,單一LED 的發光強度以 CD為單位,並配上視角參數,而LED的發光強度從各位數mCD到 5,000mCD 不等。廠商在標示LED 單一產品時,其發光強度規格是說 LED 在20mA 電流下點亮時,最佳視角上和中心位置上發光強度最大點的發光強度。2.3 LED 的節能效益基於環保立場以及節約能源訴求,全球各國政府重視 LED 與節能燈具帶來的經濟與節能效益,而廠商也看好這次照明革命的商機而紛紛投入。除了歐盟與美國國會均進行階段性禁止白炙燈泡的使用外,目前已經有加拿大宣佈2018年全面禁用白炙燈泡,而美國加州在內的部份州,也要在2018年禁止白炙燈泡,而澳洲則宣佈在
9、 2018年全面禁止販售白炙燈泡,中國、日本也有 LED 的獎勵方案在規劃中。雖然目前市面上已經有另一種節能燈具產品省電型螢光燈CFL ),但由於其照明品質仍舊不夠,啟動時間較一般白炙燈泡長,而且不能調整光源輸出亮度,普及度仍不夠高。LED 則具備更多的節能效益,並且藉由技術的提昇,亮度已經達到讓人滿意的程度,但價格高昂是一大問題,未來隨著全球LED 廠商的量產腳步加快,價格降低後可加速LED 燈具的普及程度。2.4LED 的壽命一般 LED 的發光壽命很長,產品大多標明為100,000小時以上,但事實上LED 的亮度是會衰減的,在運用一段時間後,亮度會衰撿到原本的一半或甚至更少。但所幸隨著業
10、界技術的進步,減少 LED 亮度衰減問題的方案很多。在生產過程中,選用如4元素 LEC材料能夠擁有較久的亮度衰減週期,而廠商使用的LED 製程與成品究竟能耐用多久有很大的關係,配色也是LED 廠的生產關鍵。LED 的使用壽命,比一般白炙燈泡的1,000小時、日光燈具的1萬小時,LED 使用壽命可達5萬小時,大幅降低燈具替換的成本。這項特性幫助LED 燈具在價格競爭上,有了將一般燈泡替換成LED的好理由,更可藉由這項優勢,讓許多原精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 6 页103 / 6 本因經濟考量而不能全天開啟的環境,藉由L
11、ED照明讓公共或私人場所更安全。比如說公共停車場、冰箱等等應用範圍,美國最大零售業者威名百貨 來點亮不同的燈源時,必須依LED 顆數在各個燈源上加上數量不等的串聯限流電阻,以限制電源供應器輸出過高的電壓到燈源上,如此雖可以點亮LED 但也同時帶來功率損耗並轉成熱能累積在燈源上,不只違反照明節能目標也使 LED 衰減加速。此外,雖然可以在理論上計算出所需的限流電阻值,但因燈源點亮後或環境的熱效應會造成電阻值變動,最常發生的情形是溫度昇高時燈源本身電阻會下降,此時電源供應器輸出的電流會大幅超越額定電流值並造成LED 過度驅動發亮而縮短壽命。另一方面若燈源與電源供應器距離太遠時(延長線使用過長 會造
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