?LED燈(Light Emitting Diode，發(fā)光二極管)是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為光能的半導(dǎo)體器件，具有小型、耐用、省電和發(fā)光色彩鮮艷等特點(diǎn)??1。LED燈的工作原理是通過(guò)電流通過(guò)LED芯片時(shí)，電子與空穴在半導(dǎo)體材料中復(fù)合，釋放出能量并以光子的形式發(fā)出，從而產(chǎn)生光亮?2。

LED燈的基本工作原理

LED燈的核心是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料芯片。當(dāng)電流通過(guò)LED芯片時(shí)，電子與空穴在半導(dǎo)體材料中復(fù)合，釋放出能量并以光子的形式發(fā)出，從而產(chǎn)生光亮?2。LED燈的工作電壓通常在2~4V之間，工作電流在5~30mA之間，即使在室溫下也能達(dá)到足夠的亮度?1。LED燈的發(fā)光響應(yīng)速度非?？?，一般在10^-7~10^-9秒之間，非常適合用于脈沖信息顯示?1。

LED燈的應(yīng)用電路

在實(shí)際應(yīng)用中，LED燈的接線方式需要根據(jù)具體需求進(jìn)行設(shè)計(jì)。以下是一些基本的應(yīng)用線路示例：

?串聯(lián)接線?：將多個(gè)LED燈串聯(lián)在一起，可以同時(shí)點(diǎn)亮或熄滅。

?并聯(lián)接線?：將多個(gè)LED燈并聯(lián)在一起，可以分別控制每個(gè)LED燈的亮暗程度?1。

為了保護(hù)LED燈不被過(guò)大的電流燒壞，通常會(huì)在電路中加入電阻進(jìn)行限流?1。此外，LED燈具有PN結(jié)特性，顯示驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單，點(diǎn)亮?xí)r沒(méi)有沖擊電流流過(guò)，用小功率管或者集成電路就能直接驅(qū)動(dòng)，便于匹配成全固體化顯示系統(tǒng)?1。

LED燈的調(diào)光方式

常見(jiàn)的LED調(diào)光方式有三種：

?模擬調(diào)光?：需要芯片支持，單片機(jī)能夠輸出一個(gè)模擬電壓。

?帶濾波器的PWM調(diào)光?：也稱(chēng)為準(zhǔn)模擬調(diào)光，在PWM輸入端加一個(gè)RC濾波器?3。

通過(guò)這些調(diào)光方式，可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)LED燈的亮度，滿(mǎn)足不同的應(yīng)用場(chǎng)景需求。

LED電路結(jié)構(gòu)

正向電壓

當(dāng)電流沿LED正向流動(dòng)時(shí)，正極和負(fù)極間產(chǎn)生的電壓稱(chēng)為正向電壓(VF)。單位為V(伏特)。

數(shù)據(jù)表等資料中刊登了相對(duì)于電流的正向電壓的特性曲線圖<正向電流(IF)-正向電壓(VF)特性>。

在實(shí)際探討LED照明電路時(shí)，這個(gè)特性是最為重要的考慮項(xiàng)目。

正向電流(IF)-正向電壓(VF)特性隨LED元件的材料、尺寸以及發(fā)光顏色的不同而不同。而且隨環(huán)境溫度變化。此外，還具有半導(dǎo)體特有的特征值分布，即所謂的偏差。

當(dāng)LED恒流驅(qū)動(dòng)時(shí)，正向電壓(VF)的變化不構(gòu)成大的問(wèn)題，但在恒壓驅(qū)動(dòng)的情況下，需要考慮電壓變化和偏差。

LED照明電路

【串聯(lián)照明電路】

當(dāng)LED以恒壓驅(qū)動(dòng)方式串聯(lián)點(diǎn)亮?xí)r，通常如下圖所示，電路中包含與LED串聯(lián)的電阻，用于控制電流。

以這個(gè)電路為例，首先根據(jù)正向電流(IF)-正向電壓(VF)特性，讀取亮燈時(shí)LED的正向電流(IF)和正向電壓(VF)值。

將數(shù)值代入上式，計(jì)算出R(電流控制電阻)值。

【并聯(lián)照明電路】

將LED以恒壓驅(qū)動(dòng)方式并列排列時(shí)，建議給每列LED加入控制電阻。

LED的正向電流(IF)-正向電壓(VF)特性取決于元件的材料和發(fā)光顏色。即使具有相同的材料和發(fā)光顏色，也存在半導(dǎo)體特有的個(gè)體偏差。

如下圖所示，當(dāng)LED①和LED②的正向電壓(VF)值不同時(shí)，如果用一個(gè)電阻控制電流，則難以控制每個(gè)LED的電流(IF1和IF2)。

每個(gè)LED連一個(gè)電阻，可以設(shè)置每個(gè)LED的電流(IF1或IF2)，因此更容易自由設(shè)定，例如均衡電流值、抑制亮度偏差。另外，通過(guò)加大輸入電壓(Vin)，增加電阻兩邊的電壓，還可以減少偏差。

需要注意的性能

1. 溫度引起的特性變化<光強(qiáng)?波長(zhǎng)?正向電壓 (VF)>

LED特性根據(jù)周?chē)鷾囟燃癓ED發(fā)熱在內(nèi)的芯片溫度(Tj：發(fā)光部的結(jié)溫)發(fā)生變化。

以下針對(duì)代表性的特性變化進(jìn)行說(shuō)明。

光強(qiáng)

LED的Tj上升，則光通量變少。

這是因?yàn)樽璧K發(fā)光的電子和空穴再結(jié)合運(yùn)動(dòng)增加了。

波長(zhǎng)

與光強(qiáng)變化相同，溫度變化引起發(fā)光波長(zhǎng)發(fā)生變化。

主要是溫度變化引起半導(dǎo)體的禁帶寬度發(fā)生變化，所以波長(zhǎng)發(fā)生變化。

波長(zhǎng)變化量因材料不同有差異，InGaAlP系LED隨溫度上升時(shí)，λd有0.1nm/°C的變動(dòng)，向長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)變化。

針對(duì)波長(zhǎng)規(guī)格嚴(yán)格的用途，需要探討在整機(jī)的工作保證溫度范圍內(nèi)波長(zhǎng)的變化。

正向電壓 (VF)

除特殊情況，VF的變化與發(fā)光波長(zhǎng)相同，因半導(dǎo)體的禁帶寬度變化而變化。

隨著溫度上升，VF會(huì)以2mV/°C的數(shù)值下降。

VF的變化在電路設(shè)計(jì)上是重要的要素。

LED恒流工作時(shí)，VF變化作為電路常數(shù)問(wèn)題不大，但LED在恒壓工作或接近恒壓時(shí)，隨溫度上升VF下降，電流增加。

電流增加，則Tj變高，VF下降，直到達(dá)到平衡狀態(tài)為止，電流會(huì)一直增加。

相反溫度變低，則VF變高，電流減少，有可能恒壓工作時(shí)得不到所需的光強(qiáng)。

2.特性偏差

LED在制造階段就具有特性值分布，即所謂的偏差。

因此對(duì)光強(qiáng)等級(jí)、電氣特性規(guī)定了最小值等。

進(jìn)行光學(xué)設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮偏差。

例如，VF隨溫度變化之前，在特定分布中已存在偏差。

當(dāng)沒(méi)有設(shè)計(jì)裕量時(shí)，針對(duì)VF偏差大的產(chǎn)品，需要探討溫度變化時(shí)是否能得到所需的特性。

根據(jù)電路特性、整機(jī)特性，有時(shí)需要將LED特性值的偏差幅度縮小。

此時(shí)，需要探討引進(jìn)特殊規(guī)格，及判斷是否能對(duì)應(yīng)此規(guī)格。

LED電路是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見(jiàn)光的半導(dǎo)體，它改變了白熾燈鎢絲發(fā)光與節(jié)能燈三基色粉發(fā)光的原理，而采用電場(chǎng)發(fā)光。在需要使用比較多的LED產(chǎn)品時(shí)，如果將所有的LED串聯(lián)，將需要LED驅(qū)動(dòng)器輸出較高的電壓:如果將所有的LED并聯(lián)，則需要LED驅(qū)動(dòng)器輸出較大的電流。將所有的LED串聯(lián)或并聯(lián)，不但限制著LED的使用量，而且并聯(lián)LED負(fù)載電流較大，驅(qū)動(dòng)器的成本也會(huì)增加，解決辦法是采用混聯(lián)方式。串、并聯(lián)的LED數(shù)量平均分配，這樣，分配在一個(gè)LED串聯(lián)支路上的電壓相同，同一個(gè)串聯(lián)支路中每個(gè)LED上的電流也基本相同，亮度一致，同時(shí)通過(guò)每個(gè)串聯(lián)支路的電流也相近。

LED(Light- Emitting-Diode中文意思為發(fā)光二極管)是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見(jiàn)光的半導(dǎo)體，它改變了白熾燈鎢絲發(fā)光與節(jié)能燈三基色粉發(fā)光的原理，而采用電場(chǎng)發(fā)光。據(jù)分析，LED的特點(diǎn)非常明顯，壽命長(zhǎng)、光效高、無(wú)輻射與低功耗。LED的光譜幾乎全部集中于可見(jiàn)光頻段，其發(fā)光效率可達(dá)80~90%.將 LED與普通白熾燈、螺旋節(jié)能燈及T5三基色熒光燈進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果顯示：普通白熾燈的光效為12lm/W，壽命小于2000小時(shí)，螺旋節(jié)能燈的光效為 60lm/W,壽命小于8000小時(shí)，T5熒光燈則為96lm/W,壽命大約為10000小時(shí)，而直徑為5毫米的白光LED為20~28lm/W，壽命可大于100000小時(shí)。有人還預(yù)測(cè)，未來(lái)的LED壽命上限將無(wú)窮大。