?LED燈(Light Emitting Diode，發(fā)光二極管)是一種能夠將電能轉化為光能的半導體器件，具有小型、耐用、省電和發(fā)光色彩鮮艷等特點??1。LED燈的工作原理是通過電流通過LED芯片時，電子與空穴在半導體材料中復合，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)光的半導體材料芯片。當電流通過LED芯片時，電子與空穴在半導體材料中復合，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到足夠的亮度?1。LED燈的發(fā)光響應速度非常快，一般在10^-7~10^-9秒之間，非常適合用于脈沖信息顯示?1。

LED燈的應用電路

在實際應用中，LED燈的接線方式需要根據(jù)具體需求進行設計。以下是一些基本的應用線路示例：

?串聯(lián)接線?：將多個LED燈串聯(lián)在一起，可以同時點亮或熄滅。

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

為了保護LED燈不被過大的電流燒壞，通常會在電路中加入電阻進行限流?1。此外，LED燈具有PN結特性，顯示驅動簡單，點亮時沒有沖擊電流流過，用小功率管或者集成電路就能直接驅動，便于匹配成全固體化顯示系統(tǒng)?1。

LED燈的調光方式

常見的LED調光方式有三種：

?模擬調光?：需要芯片支持，單片機能夠輸出一個模擬電壓。

?帶濾波器的PWM調光?：也稱為準模擬調光，在PWM輸入端加一個RC濾波器?3。

通過這些調光方式，可以根據(jù)需要調節(jié)LED燈的亮度，滿足不同的應用場景需求。

LED電路結構

正向電壓

當電流沿LED正向流動時，正極和負極間產(chǎn)生的電壓稱為正向電壓(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>。

在實際探討LED照明電路時，這個特性是最為重要的考慮項目。

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，還具有半導體特有的特征值分布，即所謂的偏差。

當LED恒流驅動時，正向電壓(VF)的變化不構成大的問題，但在恒壓驅動的情況下，需要考慮電壓變化和偏差。

LED照明電路

【串聯(lián)照明電路】

當LED以恒壓驅動方式串聯(lián)點亮時，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LED的正向電流(IF)和正向電壓(VF)值。

將數(shù)值代入上式，計算出R(電流控制電阻)值。

【并聯(lián)照明電路】

將LED以恒壓驅動方式并列排列時，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，也存在半導體特有的個體偏差。

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

每個LED連一個電阻，可以設置每個LED的電流(IF1或IF2)，因此更容易自由設定，例如均衡電流值、抑制亮度偏差。另外，通過加大輸入電壓(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?波長?正向電壓 (VF)>

LED特性根據(jù)周圍溫度及LED發(fā)熱在內的芯片溫度(Tj：發(fā)光部的結溫)發(fā)生變化。

以下針對代表性的特性變化進行說明。

光強

LED的Tj上升，則光通量變少。

這是因為阻礙發(fā)光的電子和空穴再結合運動增加了。

波長

與光強變化相同，溫度變化引起發(fā)光波長發(fā)生變化。

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

波長變化量因材料不同有差異，InGaAlP系LED隨溫度上升時，λd有0.1nm/°C的變動，向長波長側變化。

針對波長規(guī)格嚴格的用途，需要探討在整機的工作保證溫度范圍內波長的變化。

正向電壓 (VF)

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

隨著溫度上升，VF會以2mV/°C的數(shù)值下降。

VF的變化在電路設計上是重要的要素。

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

電流增加，則Tj變高，VF下降，直到達到平衡狀態(tài)為止，電流會一直增加。

相反溫度變低，則VF變高，電流減少，有可能恒壓工作時得不到所需的光強。

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。

因此對光強等級、電氣特性規(guī)定了最小值等。

進行光學設計、電路設計時需要考慮偏差。

例如，VF隨溫度變化之前，在特定分布中已存在偏差。

當沒有設計裕量時，針對VF偏差大的產(chǎn)品，需要探討溫度變化時是否能得到所需的特性。

根據(jù)電路特性、整機特性，有時需要將LED特性值的偏差幅度縮小。

此時，需要探討引進特殊規(guī)格，及判斷是否能對應此規(guī)格。

LED電路是一種能夠將電能轉化為可見光的半導體，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，而采用電場發(fā)光。在需要使用比較多的LED產(chǎn)品時，如果將所有的LED串聯(lián)，將需要LED驅動器輸出較高的電壓:如果將所有的LED并聯(lián)，則需要LED驅動器輸出較大的電流。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負載電流較大，驅動器的成本也會增加，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LED串聯(lián)支路上的電壓相同，同一個串聯(lián)支路中每個LED上的電流也基本相同，亮度一致，同時通過每個串聯(lián)支路的電流也相近。

LED(Light- Emitting-Diode中文意思為發(fā)光二極管)是一種能夠將電能轉化為可見光的半導體，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，而采用電場發(fā)光。據(jù)分析，LED的特點非常明顯，壽命長、光效高、無輻射與低功耗。LED的光譜幾乎全部集中于可見光頻段，其發(fā)光效率可達80~90%.將 LED與普通白熾燈、螺旋節(jié)能燈及T5三基色熒光燈進行對比，結果顯示：普通白熾燈的光效為12lm/W，壽命小于2000小時，螺旋節(jié)能燈的光效為 60lm/W,壽命小于8000小時，T5熒光燈則為96lm/W,壽命大約為10000小時，而直徑為5毫米的白光LED為20~28lm/W，壽命可大于100000小時。有人還預測，未來的LED壽命上限將無窮大。