《電子技術應用》
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LED的基本特性及其工作條件
摘要: LED照明系統是上個電光轉換系統,其電光轉換過程從供電部分開始,依次包括原始電源(“動力源泉”)、電源管理與變換、傳感與控制、驅動器、熱管理、LED及其混光、散射和光學提取等部分。
Abstract:
Key words :

     LED照明" title="LED照明">LED照明系統是上個電光轉換系統,其電光轉換過程從供電部分開始,依次包括原始電源(“動力源泉”)、電源管理與變換、傳感與控制、驅動器、熱管理、LED及其混光、散射和光學提取等部分。其中,由原始電源(如電池)和控制與驅動電路組成的LED供電系統是LED工作的必要條件。LED的供電系統從廣義上講就是LED的“電源”。

  1.LED的基本特性

  LED是一種電光轉換器件,它本身并不發光,只有在施加適當電壓和通以適當電流時才能發光。

  為使LED正常工作,必須了解其基本特性。LED具有多方面的特性,其中最主要的特性有以下幾點:

  ①LED像普通二極管一樣,是一個含有PN結的半導體器件,具有單向導電性。

  ②LED有一個門限電壓,只有加在LED兩端的電壓高于這個門限電壓時,LED才會導通。普通硅二極管的導通門限為0.5~0.7V,而LED的門限電壓通常為1.5~3.5V。LED的門限電壓和正常工作時的正向電壓降與LED的光色有關,紅光、綠光、黃光等LED的正向電壓降(VF)通常為.4~2.6V,而白光LED的正向電壓降通常為3~4.2V。

  ③LED具有非線性的伏一安特性曲線,通過LED的電流與加在它兩端的電壓不成正比關系。

  ④LED的光通量輸出隨流過LED電流的增大而增加,但不成正比。當光通量增加到一定程度后,其隨電流增加而增加的量很少,呈明顯變緩之趨勢。

  ⑤LED是一種對溫度比較敏感的器件,當其結溫升高時,光輸出將減少,正向電壓也會降低。

  ⑥即使是同一型號甚至是同一批次生產的LED器件,其參數的離散性也較大。

  2. LED的基本工作條件

  LED是一種電流驅動的低電壓" title="低電壓">低電壓單向導電器件,為保證LED正常工作,必須滿足以下幾個方面的基本要求。

  (1)輸入直流電壓必須不低于LED的正向電壓降,否則,LED不會導通而發光。

  (2)采用直流電流或單向脈沖電流驅動,當驅動并聯的LED或LED串時,要求恒流而不是恒壓" title="恒壓">恒壓供電。

  圖1給出了隨機抽取的6只白光LED(其中A商標和B商標各3只)的正向電流IF隨正向電壓TIE變化的關系曲線。如果用恒定電壓驅動這6只(相并聯)LED,它們之間的正向電流相差較大,例如用3.4V驅動,正向電流范圍為l 0~44mA,這就使得各只LEDˉ的亮度和色度存在較大的差異。

  LED所允許的額定電流(30mA)隨溫度的升高而減小,如圖2所示。由該圖可知,當環境溫度升至50C時,額定電流降至20mA,在此情況下,為防止LED燒毀,驅動電流必須限制在20mA之內。因此,為避免LED的驅動電流超過最大額定值,影響其可靠性,同時為獲得預期的亮度要求,保證各個LED亮度和色度的一致性,應采用恒定電流驅動方式,而不是恒壓方式。

6只白光LED的正向電流隨正向電壓變化的關系曲線

圖1 6只白光LED的正向電流隨正向電壓變化的關系曲線

自光LED額定電流隨溫度變化的特性曲線

圖2 自光LED額定電流隨溫度變化的特性曲線

  當LED被用作閃光燈時,也可以采用正向脈沖來驅動 LED。

  (3)為防止LED損壞,應對流過LED 的電流加以限制。目前實現LED電流限制" title="電流限制">電流限制的方法主要有3種,每種方法都有優點和缺點,見表1。

表1 3種LED 電流限制方法比較(白光LED:VF=4V, IF=350mA,ViN=12V )

3種LED 電流限制方法比較  

(4)由于LED電流與其光能量之間的非線性關系,LED應在光效比較高的電流值下工作。

  (5)大功率LED最好加設散熱器,以防止器件過熱而損壞。

  總而言之,為正確使用LED,保證其正常工作,必須為其提供合適的工作條件。

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