發(fā)光二極管 (LED) 現(xiàn)在已經(jīng)取代了大多數(shù)其他照明技術(shù)。由于其多功能性、低成本和效率，LED 現(xiàn)在可用于任何類型的應(yīng)用中最不同的情況：狀態(tài)指示器、LCD 顯示器的背光以及傳統(tǒng)或大氣照明都是現(xiàn)在更方便的領(lǐng)域（經(jīng)濟(jì)上而不是技術(shù)上）使用 LED 而不是傳統(tǒng)的發(fā)光源。讓我們來(lái)看看將 LED 作為光源標(biāo)準(zhǔn)的特性以及相關(guān)類型的應(yīng)用。

LED 的物理學(xué)

LED 是一種以二極管為基礎(chǔ)的有源半導(dǎo)體電子元件。“發(fā)光二極管”一詞強(qiáng)調(diào)了這項(xiàng)技術(shù)不過(guò)是一種具有幾何和物理特性的 pn 結(jié)，旨在利用半導(dǎo)體的電致發(fā)光效應(yīng)。事實(shí)上，通過(guò)用大于閾值（或正向）電壓的足夠電壓直接偏置 pn 結(jié)，結(jié)附近的電荷會(huì)從一個(gè)能級(jí)移動(dòng)到另一個(gè)能級(jí)；當(dāng)空穴和電子復(fù)合時(shí)，如果釋放的能量足夠高，就會(huì)發(fā)射光子，其頻率（因此，顏色）和發(fā)光強(qiáng)度取決于材料的物理特性和施加在器件上的電壓水平。這是彩色 LED 背后的基礎(chǔ)，

除了發(fā)出的光的顏色外，觸發(fā)電流的最小閾值電壓還取決于器件的半導(dǎo)體類型；用于實(shí)現(xiàn) LED 的最常用材料是 AlGaAs、GaAlP、GaAsP、SiC、GaN、GaP、Si 和 C。

LED設(shè)備的驅(qū)動(dòng)

LED是電流驅(qū)動(dòng)的電子元件。為此，必須始終在驅(qū)動(dòng)電路中提供限流電阻，否則組件看到的唯一電阻將是結(jié)本身的內(nèi)部電阻；不限制電流會(huì)冒著損壞組件和從一個(gè)設(shè)備到另一個(gè)設(shè)備的行為偏差的風(fēng)險(xiǎn)。

圖 1 顯示了驅(qū)動(dòng) LED 的基本方案。在該電路中，向 MOSFET 的基極提供正電壓，觸發(fā)漏極和源極之間的電流流動(dòng)，從而導(dǎo)通漏極上的 LED。請(qǐng)注意限流電阻的存在。假設(shè)組件的最佳正向電流為If、閾值電壓Vth和 LED 的電源電壓Vin，則限流電阻的大小計(jì)算為R = ( Vin – Vth ) / If。例如，用作電源狀態(tài)指示器的經(jīng)典 LED 可以具有Vth = 1.8 V 和If = 20 mA；假設(shè)為電路提供電壓Vin = 5 V，限流電阻的值R = (5 – 1.8) / 0.02 = 160 Ω。

圖 1：LED 驅(qū)動(dòng)器基礎(chǔ)電路（來(lái)源：Davide Di Gesualdo）

當(dāng)通過(guò)微控制器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)使用所提出的方案；在這種情況下，始終建議采用能夠承受 LED 正向電流的晶體管（或類似組件）：如果該組件直接連接到微控制器的 GPIO，則有損壞芯片的風(fēng)險(xiǎn)（由于危險(xiǎn)的電流）將非常高。顯然，如果需要驅(qū)動(dòng)大功率 LED（甚至可以吸收超過(guò) 3 W 或 5 W 的功率），則必須采用與所需電流一致的驅(qū)動(dòng)器。在這方面，賽普拉斯 Power PSoC 系列微控制器值得注意，因?yàn)樗軌蛑苯釉谛酒袨楣β?MOSFET 供電，這對(duì)于通過(guò)最小化周圍電路來(lái)驅(qū)動(dòng)功率 LED 非常有用。

使 LED 在照明領(lǐng)域流行的一個(gè)特性無(wú)疑是利用脈寬調(diào)制技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)光的可能性，即提高或降低 LED 中流動(dòng)的電流（因此，檢查其光通量）。該技術(shù)包括應(yīng)用具有可變占空比的方波的控制信號(hào)：因此，所使用的電流將與所應(yīng)用波的時(shí)間Ton成正比，從而允許對(duì) LED 的亮度進(jìn)行電子控制。

圖 2：PWM 操作

顯然，如果需要精確的亮度控制，應(yīng)用極其簡(jiǎn)單的 PWM 技術(shù)可能無(wú)效；事實(shí)上，請(qǐng)記住，因?yàn)?LED 在所有方面都是二極管，其電壓/電流特性是非線性的，因此，通過(guò)修改占空比獲得的電流變化也是非線性的。

為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，有必要使用專門設(shè)計(jì)的 LED 驅(qū)動(dòng)器來(lái)提供針對(duì)比例電壓信號(hào)的恒定電流。該解決方案避免了發(fā)光組件的連續(xù)開(kāi)關(guān)循環(huán)，提高了設(shè)備的持續(xù)時(shí)間和發(fā)出的光的質(zhì)量，因?yàn)樗粫?huì)閃爍。

LED的常見(jiàn)應(yīng)用

如上所述，LED 的用途非常廣泛，這也是因?yàn)橛卸喾N類型可供選擇。

按照耗散功率（也就是產(chǎn)生的光通量）來(lái)分類，我們基本上可以找到三種類型的LED：低功率LED、高亮度LED和功率LED。

小功率LED的典型正向電流為15mA，在電子設(shè)備中用作狀態(tài)指示燈（開(kāi)機(jī)指示燈、連接狀態(tài)、設(shè)備間通訊指示燈等）。他們的使用是最經(jīng)典最老的，他們的封裝都是PTH和SMD。對(duì)于這種類型的設(shè)備，照明角度不是必需的。

高亮度 LED 的典型正向電流范圍為 30 mA 至 100 mA，可用作弱照明元件（例如人行道指示器），但主要用途是用作段顯示器和 LCD 面板中的背光。后者極大地促進(jìn)了 LED 的普及，因?yàn)楝F(xiàn)代電視的大多數(shù) LCD 面板都采用 LED 背光。

功率 LED 具有 100 mA 以上的正向電流。不難想象，與其他兩類設(shè)備相比，此類設(shè)備的成本要高得多，其熱特性需要仔細(xì)設(shè)計(jì)設(shè)備的冷卻方法。功率LED的典型應(yīng)用無(wú)疑是功能性和氛圍性照明；這種類型的單個(gè)設(shè)備甚至可以發(fā)出350多流明，通過(guò)組合幾個(gè)LED，可以獲得真正的路燈，以至于在路邊找到配備這種技術(shù)的照明設(shè)備已不再罕見(jiàn)我們的城市；說(shuō)實(shí)話，LED路燈公共照明是智慧城市的基石之一，

圖 3：RGB 電源 LED 設(shè)備（來(lái)源：超亮 LED）

文章來(lái)源：eeweb Davide Di Gesualdo

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