LED照明设计之电特性及简单驱动电路LED行业者必备资料.pdfVIP

LED 照明设计之 LED 电特性及简单驱动电路 LED照明作为新一代照明受到了广泛的关注。仅仅依靠LED封装并不 能制作出好的照明灯具。本文主要从电子电路、热分析、光学方面 对如何运用LED特性来设计进行解说。 LED LED是电子二极管的一种，主要构造是PN结。如图 1，当向LED 的两端施加电压，电子就会吸收能量并向价电子带转移，然后再将 吸收的能量释放出来。这个被释放出的能量就是光。放出的光的波 长和颜色是由半导体的电势差决定的。 图1 LED运作原理 LED 应用 LED具有发光效率高、寿命长、轻便、不含有害物质等优点。高 发光效率可以增加电池的使用寿命，对于随身携带的产品来说很适 合。LED的使用寿命是一般白炽灯的 2～3 倍 (有些资料显示是 40 倍)， 因为寿命长而使用LED的一个典型例子就是交通信号灯。另外， 由于LED灯的反应速度非常快，所以也适合用于汽车的刹车灯。LED 灯具的设计自由度非常高，不仅能调节亮度，还能调节色度。 LED电子特性 LED 具有一般硅二极管的类似特性，在正负极之间施加电压。 当外加电压达到一个临界值，LED 中产生电流，开始发光。当电压 超过这个临界值时，电流急剧增加。白色LED的临界电压值约3.5V。 红色、绿色、蓝色的LED 临界电压值如表1 所示。 颜色 临界值 红 约2.0V 绿 约1.9～4.0V 蓝 约2.5～3.5V 白 约3.5V 表１ 我们用电路仿真来说明LED的电子特性以及驱动电路。电路仿 真是对LED和电阻等的电子设计进行建模并在计算机上模拟计算电 路运行的一种简易方法。这里使用的是Cadence公司的电路仿真 PSpice A/D。同时使用了飞利浦照明公司的LUXEON系列LX3-PW71。 首先运用图2 的电路来验证 LED 的电子特性。要得到电压－电 流特性，需要进行直流解析。 图2 验证电压－电流特性电路 解析结果如图3 所示 图3 根据 PSpice A/D所得到的解析结果：电压－电流特性 验证 LXM3-PM71 电压－电流特性的结果显示：在 3.0V 情况下 电流约354mA。 驱动电路 白炽灯采用的是电压驱动型电路设计。LED是用电流驱动型电 路设计，通过控制LED中的电流调节亮度和色度。白炽灯和荧光灯 等照明灯具中的电子驱动不能直接运用于LED照明灯具。为了最大 限度的发挥LED的特长，需要进行适合LED的驱动电路设计。而且即 使使用了发光效率很高的LED，如果驱动电路的效率不高，也会影 响整个照明灯具的发光效率。LED照明灯具设计大致分为下面 3 个 阶段。1.光学设计，2.热设计，3.LED驱动电路设计。在这里先介 绍LED驱动电路设计。 - 电阻型驱动电路 下面介绍 LED 电阻型驱动设计的方法。LED、电阻、直流电压 源如图4 所示连接起来。以直流电压源的电压值和压降（正向电压） 为基础，计算LED 发光中相应电流的电阻值。计算公式如下： 例如，在 5V 的电压源中驱动上述 LXM3-PW71。该 LED 的正向 电压为 3.0V，电流为 350mA 时，电阻应为 5.71。图 4、图 5 表示 电路仿真运算中的电路及其解析结果。通过图 5，可以看到LED 中 的电压大概为3.0V，电流约 350mA。