LED基础知识及恒流恒压电路汇总docWord格式文档下载.docx

1、 目前固态照明还未能实现家用，因为还需要电源转换，而且比较昂贵，尽管成本正在下降。 闪光LED目前已经广泛应用了。 白炽灯泡非常便宜，但效率也很低，家用钨丝灯为16 lm/W，卤素灯大约为22 lm/W。 荧光灯效率很高，50到100 lm/W 平均 60 lm/W，但是灯管易碎，并且 需要起辉器和镇流器，因而有时会产生听觉噪音。 节能灯里面集成了一个安静的镇流器，相对比较坚固和高效，适用于标准灯座，目前是家用照明的最佳选择。 随着技术的发展，SSL的成本会不断降低，并有望在2020年以前进入千家万户。 现下LED主要用于信号指示，而在LED这一领域具有明显的优势。 在世界各地，采用发光二极管

2、发光的交通信号灯、汽车指示灯及道路状况告示等已慢慢的变得普遍。 在香港地下铁列车中试验的发光二极管照明。 至于普通照明，目前2008年2月已经有量产化的商品出现。 基于省电节能及环保的原由，很多大型机构都已开始试验发光二极管照明 LED的优点很多我总结一下一个就是亮度高同时还非常省电 第二个是寿命长LED使用寿命可达5万小时 下面讲讲 LED的使用方法 LED的使用方法 LED是电流控制的元件，LED是电流型元件，主要是看通过管子电流大小的。 一般5mm的LED电流达到1mA就开始起辉，到25mA即可能烧毁，实际在15-25mA亮度变化已不明显。 如果你把自己的LED工作电流设计在10mA，好

3、多产品的LED指示灯工作电流设计在5mA。 下图是最简单的LED显示电路，其中电阻起到限流和分压作用，二极管有内压降，普通的二极管管压降硅管为0.7V，锗管为0.5V，LED为1.7V 上图大家注意LED有两极（就是两根线跟外部相连，阳极和阴极，阳极接电池的正，阴极接负，则LED发亮，否则LED不会亮） 同时上图中电阻的阻值应该选用多少呢假设我们设计电路中电流为10ma，在25ma以下都行 R（12-1.7）/10mA1千欧姆 哈哈 很简单吧 大家思考一下 如果是 接入220v交流照明电路 电阻值 应该选多少呢 R（311-1.7）/10mA 为什么选311 因为220为有效值，最大值为根号2

4、倍的220311 同时电阻也不能随便选择，选择了不对的电阻 可能会烧毁电阻 电阻的功率选择PUI10.3V*0.01A0.103W 可选择即使用1/8W的电阻 大家想想如果是48V的 电阻怎么选呢R（48-1.7）/10mA 如果为 36v则电阻选R（36-1.7）/10mA LED的保护 （电动自行车可以不用因为即使接反也不会烧毁LED因为电动自行车电池电压48V不会导致二极管烧毁即使64V也没问题，不过 弄一个最好了 呵呵） 大家如果接线接反了，LED承受反向电压，如果反向电压超过了其反向击穿电压则可能导致LED烧毁，最简单的方法是在电路中串联一个二极管，此二极管起到了保护作用，电路图如图

5、所示 二极管可选用1N4004或1N4007，选用二极管的原则是反向电压小于二极管的反向工作电压即可。 不过可能要稍微改写一下，以为此二极管内部有0.7V的压降则R（12-1.7-0.7）/10mA 多个LED的串联 下图5个发光二极管串联，R选择多少呢 R（12-1.7*5-0.7）/10mA0.28千欧姆 2、发光二极管LED应用 LED发光二极管用于状态显示和矩阵面板已经很多年了。 现在，可选用的LED包括新开发的蓝光和白光LED广泛用于便携装置以及普遍存在的绿光、红光和黄光LED。 白光LED可做为彩显的理想背景照明。 但是，在为LED设计电源时应注意这些新LED器件的固有特性。 本文

6、描述新、老LED的特性以及激励它们所需的电源性能。 图1 标准红光、绿光和黄光LED的正向电压范围1.4V2.6V与正向电流的关系 图2 串联电阻器和恒压源为LED工作提供一种简单方法 图3 并联工作的几个红光、黄光、绿光LED配置 图4 白光LED发射波长实线包含蓝光和黄光区域的峰值，被人眼视为白光图中的虚线为人眼相对光灵敏度 标准红光，绿光和黄光LED 使LED工作的最简单方法是把电压源通过一个串联电阻加到LED上。 只要工作电压VB保持恒定，LED会发射恒定强度的光虽然光强随环境温度增高会减弱。 可以根据要求改变电阻值来变化光强。 图1示出5mm直径标准LED的正向电压VF与正向电流IF

7、的关系。 注意，跨接在LED上的压降随正向电流增加。 假定单个绿光LED在5V恒定工作电压下具有10mA正向电流，则串联电阻器KV5V-VF,10mA/10mA300W。 如图2所示，典型工作条件下数据手册给出正向电压是2V。 像这种商用二极管是用镓-砷化物-磷化物制造的。 大多数的设计工作师了解和容易处理它们，这种LED具有如下特点 *发射的彩光发射波长在正向电流、工作电压和环境温度变化时能相对保持恒定。 标准绿光LED发射波长为565nm左右，容差只有25nm。 因此，几个这样的LED并联工作图3不会成问题。 其色差是很小的。 正向电压的正常变化会导致光强略有变化，但这种差别也是较小的。

8、通常，可以忽略来自同一厂家和同一批号的LED的差别。 *在正向电流接近10mA时正向电压随正向电流有小的变化。 红光LED变化大约200mV，其他LED变化400mV左右见图1。 在正向电流低于10mA时，其正向电压比蓝光或白光LED小很多，这样可直接用Li电池或一个3节NiMH电池对它们供电。 因此，使标准LED工作的供电成本是相当低的。 在LED工作电压大于其最大正向电压时不需要升压变换器或复杂昂贵的电流源。 只要应用允许随电池放电所导致光强减弱的容限，LED甚至可直接工作在Li或3节NiMH电池。 图5 正向电流变化导致的白光LED色度坐标移位 图6 增加正向电流改变发射波长使蓝光LED

9、色度变化 蓝光和白光LED 长期以来人们无法得到发射蓝光的LED。 设计人员只能用已有的红光、绿光和黄光LED。 早期的器件实际上不是蓝光LED，而是用蓝光围绕小的白炽灯泡散射。 几年前，用纯硅碳SiC材料开发出首批“真正的蓝光”LED，但其光效率不高。 第二代器件是用钾一氮化物材料，其光效率是第一代蓝光LED的几倍。 现在蓝乐LED所用的外延材料是铟-钾-氮化物InGaN。 在450nm470nm发射波长范围，InGaN LED光强是钾-氮化物LED的5倍。 真正的白光LED仍未能用，制造这种器件的困难在于白光不能呈现在彩色光谱中，而我们看到的白光是不同波长的混合光。 因此，必须用妙法产生白

10、光。 用发射黄光的变换材料覆盖发蓝光的InGaN基底材料，用蓝光激发。 因此，产生蓝光和黄光的混合光，这就是人眼看到的白光见图4。 因为白光是不同波长的混合，所以，白光LED不可能有一个特定波长。 用色坐标定义白光LED。 根据CIECommission Internationale De L,eclairage15.2版计算X和Y 坐标。 往往在白光LED数据手册中给出色坐标随正向电流增加而变化见图5。 可惜，InGaN LED处理起来不像标准绿光、红光和黄光LED那样容易。 InGaN LED的主波长彩色随正向电流而变化图6。 例如，在白光LED中，除了发蓝光InGaN材料波长随正向电压变

11、化外，变换材料的不同密度也产生色移。 从图5可见这种色变化，X和Y坐标改变意味着色变化。 如前所述，白光LED不具有一个特定的波长。 对于高达10mA的正向电流，正向电压变化很大。 其变化范围800mV左右某些二极管型号甚至变化更大。 因此，电池放电引起的工作电压变化会改变光色，这是因为工作电压变化会改变正向电流。 在10mA正向电流时，正向电压为3.4V左右此数值随制造商不同而异，范围为3.1V4.0V。 对于不同LED，其电流-电压特性也呈现出很大差异。 LED直接由电池供电工作是困难的，因为，大多数电池的放电态低于LED所需的最小正向电压。 图7 随机选择的一组白光LED的电压-电流特性

12、曲线 图8 具有电流控制的MAX1912电荷泵为并联白光LED提供足够的工作电压和电流控制 图9 单个外电阻器RSET可编程MAX1916加到每个LED上的相同电流。 加PWM信号到使能引脚可产生简单的亮度控制降低亮度功能 图10 D/A转换器控制LED的降低亮度 图11 开关升压变换器使能几个串联LED工作通过CTRL输入由D/A变换器控制LED的同一正向电流 白光LED并联工作 当今大部分便携和电池工作装置采用白光LED做为背景照明。 特别是PDA的彩色显示需要白光背光以便得到色再生来接近于原色。 未来3G移动电话也将刺激白光LED的需求。 这些装置除电话功能外，也可传输图像和视频数据，它

13、们需要白光背光照明。 数码相机、MP3播放机和其他视频、音频设备所有的显示也需要背光照明。 大多数情况下，单个白光LED不能满足需求，所以，需要几个白光LED并联工作。 图7示出几个随机选择的白光LED图中的虚线产生2mA5mA范围的正向电流，进而产生不同强度的白光。 特别是Y坐标在该区域有很大的变化见图5，这导致照明显示器偏离真实的色彩。 另外，由于LED具有不同的光强，导致不均匀照明。 另一个问题是所需的最低电源电压。 为保证LED工作，3V以上的电压是必须的。 低于此电压，几个LED可能完全保持暗的。 Li-Ion电池充满电时能提供4.2V输出电压，在工作短时间后降到额定3.5V。 随着

14、电池的放电，其电压进一步下降到3.0V。 若白光LED直接从电池供电如图3所示，则会引起下面的问题。 第一个问题是当电池充满电时所有二极管都点亮，但具有不同的光强和色彩。 随着电池降到其额定电平，其光强减弱而白光的差别变大。 因此，设计人员必须考虑电池电压和二极管正向电压值，以便计算串联电阻值。 用完全放电的电池供电，一些LED将进入全暗状态。 带电流控制的电荷泵 LED电源的目标是能提供足够的高输出电压，并能使相同的电流流经并联连接的所有LED。 注意图5，若所有并联配置的白光LED具有相同的电流，则所有LED将具有相同的坐标系。 Maxim公司的MAX1912能为此目的提供带电流控制的电荷

15、泵。 在3个LED并联配置图8中，电荷泵是个大尺寸的型号，它将输入电压提高1.5倍。 较早的电荷泵只是简单地将输入电压倍压，而新技术能提供更好的效率。 把输入电压提升到刚好使LED工作的电平。 连接到SET引脚10的电阻器网络保证在所有LED中有相同电流。 内部电路保持SET端电压在200mV，所以，流经任何LED的电流可用下式计算ILED200mV/10W20mA。 若某些二极管需要较低的电流电平，则3个以上LED可并联工作，因为MAX1912能提供高达60mA电流。 简单的电流控制 若系统能提供高于二极管正向电压的电压，则很容易使白光LED工作。 例如，数码相机通常包含5V电源。 这样就不

16、需要升压功能，因为电源电压具有驱动LED的足够容限。 对于图8的电路，应选择匹配电流源。 做为一个实例，MAX1916可以驱动3个并联的LED图9。 其工作是简单的电阻器KSET编程流经所连接LED的电流。 此方法所占板面积非常小。 除IC小的6引线SOT23封装和少量旁路电容器外，它只需要一个外部电阻。 IC提供LED之间良好的电流匹配0.3。 这种配置能提供相同的色度配置和来自每个LED的相同类型的白光。 减低亮度改变光强 一些便携装置根据环境光条件控制其光输出强度，而另一些装置在短时间待机之后通过软件降低光强。 这些操作都需要LED降低亮度，而这种微光功能将影响每个正向电流，以相同的方法

17、使亮度坐标产生偏差。 用小的数模转换器控制流经RSET电阻器可以实现均匀亮度。 6位分辨率转换器如带I2C兼容接口MAX5362或带SPI兼容接口的MAX5365可提供32级光强调节见图10。 这类LED的白光随着亮度而变化，因为正向电流影响色坐标。 这不应该是个问题，因为相同的正向电流使组中的每个二极管发射相同的光。 不使色度坐标偏移的亮度调节是脉宽调制。 这可以用电源器件实现，这些电源器件能提供使能或停机功能。 例如，MAX1916只要EN变低就能立即限制流经LED的漏电流仅为1mA。 这导致无光发射。 EN变高态控制流经LED的可编程正向电流。 若加一个脉宽调制信号到EN端，则亮度正比于

18、占空比。 色度坐标不会移动，因为每个LED连续流过相同的正向电流。 然而，人眼可觉察到随占空比变化的亮度变化，人眼分辨不出25Hz以上的频率，所以选择200-300Hz开关频率对于PWM减低亮度是合适的。 较高的频率可能会出会问题，因为开关LED通、断所需的短暂时间期间可能移位色度坐标。 从微处理器I/O引脚或一个外设器件可提供PWM信号。 可用的亮度级数取决于所用计数器的宽度。 开关升压变换器具有电流控制 除了上面提供的电荷泵MAX1912外，也可以用带电流控制的升压变换器实现。 例如开关电压变换器MAX1848可产生高达13V的输出电压，此电压驱动3个串联LED图11是足够的。 此方法也许

19、是最健全的，因为所有二极管是串联的，具有完全相同的电流。 RSENSE和加在CTRL输入的电压确定LED电流。 根据上面所述方法，MAX1848可实现降低亮度功能。 流经LED的正向电流正比于加到CTRL引脚的电压。 因为，当加到CTRL引脚的电压低于100mV时，MAX1818变为关机模式，所以，可以实现PWM微亮功能。 结语 白光LED可并联工作，但要保证其正向电流相等，确保均匀的白光发射。 为使LED工作，选择可控制电流源或带电流控制的升压变换器组合。 用电荷泵或开关升压变换器可以实现各种组合。 3、高效、大电流白光LED驱动器EL7516 前言 随着白光LED的发展，它的应用越来越广。

20、 从前，白光LED最常见的应用是作为小尺寸LCD彩屏的背光。 现在白光LED的亮度加大，它的应用已普及到其它方面，例如手电筒或手机照相辅助照明。 本文介绍一种利用普通的升压芯片来驱动大电流LED的高效电路。 电路设计 一般白光LED的电流在20mA 左右，但高亮度的LED需要200300mA 电流。 如果产品需要用三至四颗高亮度的白光LED，为了亮度平均，一般的做法都是把它们串连接在一起。 市场上绝大部分的白光LED驱动芯片都只能驱动20mA左右。 碰上串联大电流LED的应用便要另想办法。 Intersil 的EL7516是一颗典型的升压芯片，此芯片工作于1.2MHz 定频PWM模式，内置1.

21、5A,200m MOSFET。 图1示出EL7516的典型应用电路。 通过DC-DC升压作用，EL7516将2.75.5V输入转化成12V的恒定电压。 跟一般PWM控制芯片一样，FB引脚是接到与1.3V比较的误差放大器。 通过选定R1, R2的电阻值来设置输出电压。 将EL7516的恒压电路改成驱动LED的恒流电路是非常简单的。 如图2所示，只要将在FB端的R1换成LED，改变R2就可以调节通过LED的电流。 可从下式选定R2值R2VFB/Iled其中VFB是FB引脚的电压，即1.3V；Iled是通过LED的电流。 若Iled的要求为300mA，那么R2需要4.3W，如图3所示。 关于图3的电

22、路，最大的缺点在于R2的损耗。 R2通过300mA时，电阻的功耗接近0.39W。 这样大的功耗不但影响效率，也须要用体积比较大的电阻，才能接受0.39W的热量。 一般来说，这些应用都是电池供电的，效率及线路PCB空间要求都比较严格，现在让我们看看怎样提高此线路的效率。 图4示出改善电路。 比较图3, 图4增加了两个元件R3及D1。 无论电路怎样改动，EL7516都会调节占空比使到FB的电压维持1.3V。 假设D1的正向导通压降是0.6V，R2的压降便约0.7V。 要保持300mA LED电流，R2可选用2.3。 而R2的功耗亦从原来的0.39W降至0.21W。 虽然功耗已降低，但R2也得用半瓦

23、电阻来实现这种电路。 图5示出了进一步的改善方法。 一个廉价的TL431加进电路里作为2.5V的基准源。 如前所述，EL7516会保持FB在1.3V；所以通过R4的电流是 2.5-1.3/20k60mA。 因FB是一高阻抗引脚，我们假设这60mA全数流入R5而做成同样1.2V压降。 剩下的0.1V，会由R2来完成。 为了方便购买，我们把R2选定为0.39。 所以通过LED的电流约为 0.1/0.39 255mA。 R2的功耗亦大幅降低至 0.10.255 26mW。 通过实验，我们得出图3与图5的效率比较结果表1。 结语 从以上实验可以见到，只要在电路上稍作改动，可大大提高高电流LED的工作效

24、率。 实验中，我们用5V输入。 实际的应用很可能是单个锂电池供电。 EL7516最低工作电压为2.3V，所以适用于单个锂电池供电。 但EL7516内置MOSFET有峰值电流1.3A min保护，如锂电池电压掉到3V以下，驱动四颗LED有可能触发电流保护。 如须要在3V以下工作，最好把输出减少为三颗LED。 4、LED照明灯存在的问题和解决办法 一、LED做照明灯具目前存在的问题 称为希望之光的LED,从1964年发明至今，已发展到普及化照明的时代，其节能、环保、亮度高、功耗小、寿命长、耐冲击等优点，前景极为广阔；在室内照明的起步阶段，还有其固有的缺点，主要表现在以下几方面 1、不一致性带来的问

25、题 理论上LED都是能发光的二极管，而实际上所有LED的电性能都是有差异的，每个厂家的生产工艺是不一致的，甚至相差很大，就是同一厂家的不同时间的工艺都是有差异的；不同厂家使用的半导体原材料的纯度是有差异的，这就使LED的发光强度与驱动电流是不完全相同、耐过电流能力和发热的差异也就自然而然的不同了；封装工艺和封装材料的不同，使得整体的散热能力是不一样的，还有组合材料的热彭胀与散热的问题等。 由此不难看出,LED发光二极管在短期内仍存在个体之间的很大的差异，如果每个灯只用一个LED，好控制。 例如电视机、DVD上的电源指示灯；而当我们用LED制作照明灯具时，就不是用单个的LED，而是用多个、上百上千个LED成阵列接入电路，因LED的差异总有一个最先损坏，当有几个坏掉时通常是短路，会使电流增大而损坏其他的LED。 这就是不一致性带的结果，也是制约其发展的因素之一。 2、驱动电路复杂的问题 a.在电压匹配方面，LED不象普通的白炽灯泡，可以直接连接220V的交流市电。 LED是2-3.伏的低电压驱动，必须