- LED的基本特性及使用時的注意事項
- LED連接電路的常見形式
- 電源的分類及特性
LED的基本特性及使用時的注意事項
1．光電特性
LED在其電流極限參數(shù)范圍內(nèi)流過LED的電流越大,它的發(fā)光亮度越高.即LED的亮度與通過LED的電流成正比.但綠光和藍(lán)光及白光在大電流情況下會出現(xiàn)飽和現(xiàn)象,不僅發(fā)光效率大幅降低,而且使用壽命也會縮短.
2．光學(xué)特性
LED按顏色分有紅、橙、黃、綠、藍(lán)、紫、白等多種顏色.按亮度分有普亮、高亮、超高亮等,同種芯片在不同的封裝方式下,它的亮度也不相同.按人的視覺可分為可見光和不可見光.按發(fā)光顏色的多少可分為單色、雙色、七彩等多種類型.色彩的純度不同價格相差很大,現(xiàn)行的純白色LED價格特貴.同時發(fā)光視角不同,光效亦不同,使用時特需注意.
3．常見的LED電性能參數(shù)
(1)LED正向電壓
不同顏色的LED在額定的正向電流條件下,有著各自不同的正向壓降值,紅、黃色:1.8~2.5V之間,綠色和藍(lán)色:2.7~4.0V之間.對于同種顏色的LED,其正向壓降和光強也不是完全一致的.如下:
LED型號:54HCA
發(fā)光顏色外觀顏色波長λD(nm)正向電壓VF亮度Iv(mcd)
IF=20mA
Min.Max.
紅色水透明645~6601.82.550~300
黃綠色水透明570~5751.82.550~300
黃色水透明585~5901.82.5500~5000
藍(lán)色水透明455~4752.74.0500~7000
綠色水透明515~5352.74.02000~10000
藍(lán)綠色水透明490~5152.74.02000~10000
白色水透明-2.74.03000~15000
在同一電路中應(yīng)該盡量使用在額定電流條件下正向壓降值相同、光強范圍小的LED.只有這樣才能保證LED的發(fā)光效果一致.其具體的電性參數(shù)可依各封裝廠每包裝提供的產(chǎn)品分光參數(shù)標(biāo)簽值.(有些公司每批分選都不一致)
(2)LED的額定工作電流
LED的額定電流各不相同,普通的LED電流一般為20mA,大功率的LED電流一般為40mA或350mA不等.具體要按各封裝廠提供的電流參數(shù)值.一般LED在反向電壓:VR=5V的條件下,反向電流:IR≤10μA.
(3)LED的功率
LED功率的大小也各不相同,有70mW、100mW、1W、2W、3W、5W等,所以必須根據(jù)所選擇的LED,設(shè)計合理的使用電路和配置合適的LED數(shù)量,使其完全滿足LED電源的額定值,如果設(shè)計的電路使每個LED分擔(dān)電壓或電流過高就會嚴(yán)重影響LED的使用壽命甚至燒毀LED,如果分擔(dān)的電壓或電流過低則激發(fā)的LED光強不夠,就不能充分發(fā)揮LED應(yīng)有的效果,達(dá)不到我們所期望的目的.
4．溫度特性
(1)LED的焊接溫度應(yīng)在250℃以下,焊接時間控制在3~5S之間.要注意避免LED溫度過高從而使芯片受損.
(2)LED的亮度輸出與溫度成反比,溫度不僅影響LED的亮度,也影響它的壽命.使用中盡量減少電路發(fā)熱,并做一定的散熱處理.
5．防靜電特性
LED裝配過程中必須加強防靜電措施,因為操作過程和人體本身都會產(chǎn)生靜電,對于雙電極的LED最易被靜電反向擊穿,從而嚴(yán)重影響LED的使用壽命甚至使其完全報廢.
如防靜電環(huán)境不是非常完善,可以給LED使用者增加防靜電腕帶,設(shè)置良好的防靜電接地系統(tǒng),離子風(fēng)機等設(shè)備.
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LED連接電路的常見形式
1．串聯(lián):這種電路需要電源提供較高的電壓.
V總=各LED的VF之和=VF1+VF2+VF3+VF4------+VFN
I總=單顆LED的IF值
2．并聯(lián):這種電路需要電源能提供較高的電流.
V總=單顆LED的VF值
I總=各LED的IF之和=IF1+IF2+IF3+IF4------+IFN
3．串聯(lián)/并聯(lián)組合
a、在實際運用中,負(fù)載常采用通過串并聯(lián)形成的LED陣列;
b、將LED連接成串聯(lián)/并聯(lián)組合的形式,可大幅減低因少數(shù)LED的VF不一致造成的影響;
c、陣列形式或LED個數(shù)變化,限流電阻也應(yīng)相應(yīng)變化.
d、串聯(lián)/并聯(lián)組合的形式會使輸出電流隨輸入電壓和環(huán)境溫度等因素而發(fā)生的變化更加顯著;
4．為了能有效控制電路中的電流,須在電路中配置適當(dāng)?shù)南蘖麟娮?
R=(V輸入電壓-VLED總電壓)/I(流過限流電阻的電流)
限流電阻的作用主要是控制LED的電流,使電壓更平滑,并使各并聯(lián)支路的亮度更均勻.限流電阻阻值大效果較好,但是限流電阻的取值也不能太大,否則會增加電能的損耗及元件溫度升高.
電源的分類及特性
1、按驅(qū)動方式可分為兩大類:
(1)恒流式:
a、恒流驅(qū)動電路輸出的電流是恒定的,而輸出的直流電壓卻隨著負(fù)載阻值的大小不同在一定范圍內(nèi)變化,負(fù)載阻值小,輸出電壓就低,負(fù)載阻值越大,輸出電壓也就越高;
b、恒流電路不怕負(fù)載短路,但嚴(yán)禁負(fù)載完全開路.
c、恒流驅(qū)動電路驅(qū)動LED是較為理想的,但相對而言價格較高.
d、應(yīng)注意所使用最大承受電流及電壓值,它限制了LED的使用數(shù)量;
(2)穩(wěn)壓式:
a、當(dāng)穩(wěn)壓電路中的各項參數(shù)確定以后,輸出的電壓是固定的,而輸出的電流卻隨著負(fù)載的增減而變化;
b、穩(wěn)壓電路不怕負(fù)載開路,但嚴(yán)禁負(fù)載完全短路.
c、以穩(wěn)壓驅(qū)動電路驅(qū)動LED,每串需要加上合適的電阻方可使每串LED顯示亮度平均;
d、亮度會受整流而來的電壓變化影響.
2、按電路結(jié)構(gòu)方式分類
(1)電阻、電容降壓方式:通過電容降壓,在閃動使用時,由于充放電的作用,通過LED的瞬間電流極大,容易損壞芯片.易受電網(wǎng)電壓波動的影響,電源效率低、可靠性低.
(2)電阻降壓方式:通過電阻降壓,受電網(wǎng)電壓變化的干擾較大,不容易做成穩(wěn)壓電源,降壓電阻要消耗很大部分的能量,所以這種供電方式電源效率很低,而且系統(tǒng)的可靠也較低.
(3)常規(guī)變壓器降壓方式:電源體積小、重量偏重、電源效率也很低、一般只有45%~60%,所以一般很少用,可靠性不高.
(4)電子變壓器降壓方式:電源效率較低,電壓范圍也不寬,一般180~240V,波紋干擾大.
(5)RCC降壓方式開關(guān)電源:穩(wěn)壓范圍比較寬、電源效率比較高,一般可以做到70%~80%,應(yīng)用也較廣.由于這種控制方式的振蕩頻率是不連續(xù),開關(guān)頻率不容易控制,負(fù)載電壓波紋系數(shù)也比較大,異常負(fù)載適應(yīng)性差.
(6)PWM控制方式開關(guān)電源:主要由四部分組成,輸入整流濾波部分、輸出整流濾波部分、PWM穩(wěn)壓控制部分、開關(guān)能量轉(zhuǎn)換部分.PWM開關(guān)穩(wěn)壓的基本工作原理就是在輸入電壓、內(nèi)部參數(shù)及外接負(fù)載變化的情況下,控制電路通過被控制信號與基準(zhǔn)信號的差值進(jìn)行閉環(huán)反饋,調(diào)節(jié)主電路開關(guān)器件導(dǎo)通的脈沖寬度,使得開關(guān)電源的輸出電壓或電流穩(wěn)定(即相應(yīng)穩(wěn)壓電源或恒流電源).電源效率極高,一般可以做到80%~90%,輸出電壓、電流穩(wěn)定.一般這種電路都有完善的保護(hù)措施,屬高可靠性電源.
七、工程中的簡易計算方法
1.由已知電源功率計算LED的數(shù)量(即取所得數(shù)據(jù)的整數(shù))(7-1)
例:額定輸出功率為10W電源,使用額定的正向電流20mA,耗散功率為70mW條件下可配置多少個LED?依以上公式(即取所得數(shù)據(jù)的整數(shù))
2.對于恒壓驅(qū)動方式:由已知的輸出電源電壓計算每支路串聯(lián)LED數(shù)量及并聯(lián)支路數(shù)
(1)計算每條支路的LED個數(shù)公式:(最大值)
(2)計算并聯(lián)支路數(shù)公式:
注:VLED值依不同發(fā)光顏色各有不同,用穩(wěn)壓電源驅(qū)動LED時,為了控制電流,通常需要串聯(lián)電阻器.
例:一個額定輸出電壓為DC24V,功率為10W電源,使用額定正向電流20mA,耗散功率為70mW額定的正向電壓為1.8V.可配置多少個LED呢?
依以上公式可以得出(即取所得數(shù)據(jù)的整數(shù))即可以帶10組支路,每支路14個LED串聯(lián)構(gòu)成的電路,共140個LED.
3.對于恒流驅(qū)動方式:由已知的電源輸出電流及LED的電流值計算出并聯(lián)支路數(shù)及每支路數(shù)量
(1)計算并聯(lián)的支路數(shù)公式:(最小值)
(2)計算支路串接LED個數(shù):
注:其中n按(7-1)計算
例:一個額定輸出電流為DC0.35A,額定功率為10W電源,驅(qū)動耗散功率為70mW,正向電流為0.02A的LED,可怎樣配置?
依以上公式可以得出并聯(lián)支數(shù)路:(即取所得數(shù)據(jù)的整數(shù))每支路串接數(shù):個數(shù),即可以帶17組,每組8個LED串接,共136個LED.
4.線路損耗及線路壓降的計算
P電線=IRV電線=IR
R電線=σ(備注:L為電線長度;S為電線橫截面積;σ為電線電導(dǎo)率)也可以查電工手冊.
例:用長度為10米(正、負(fù)極電線各5米),24AWG的銅芯電線,通過電流為2A,其損耗的功率及線路壓降為多少?
查電工手冊可知:R電線=0.737W
V電線=2×0.737=1.474V
P電線=2×0.737=2.948W
從以上計算可以看出,線路電流較大時,要注意選擇合適的導(dǎo)線截面,否則線路損耗及線路壓降是相當(dāng)大的.我們只有完全了解LED和LED電源的基本特性,才能正確設(shè)計和使用LED光源.
