LED篇之電路結(jié)構(gòu)及性能
發(fā)布時(shí)間:2021-05-26 責(zé)任編輯:lina
【導(dǎo)讀】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(dǎo)體特有的個(gè)體偏差。
LED電路結(jié)構(gòu)
正向電壓
當(dāng)電流沿LED正向流動時(shí),正極和負(fù)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(shí)際探討LED照明電路時(shí),這個(gè)特性是最為重要的考慮項(xiàng)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(dǎo)體特有的特征值分布,即所謂的偏差。
當(dāng)LED恒流驅(qū)動時(shí),正向電壓(VF)的變化不構(gòu)成大的問題,但在恒壓驅(qū)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(dāng)LED以恒壓驅(qū)動方式串聯(lián)點(diǎn)亮?xí)r,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(gè)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(shí)LED的正向電流(IF)和正向電壓(VF)值。
將數(shù)值代入上式,計(jì)算出R(電流控制電阻)值。
【并聯(lián)照明電路】
將LED以恒壓驅(qū)動方式并列排列時(shí),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(dǎo)體特有的個(gè)體偏差。
如下圖所示,當(dāng)LED①和LED②的正向電壓(VF)值不同時(shí),如果用一個(gè)電阻控制電流,則難以控制每個(gè)LED的電流(IF1和IF2)。
每個(gè)LED連一個(gè)電阻,可以設(shè)置每個(gè)LED的電流(IF1或IF2),因此更容易自由設(shè)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(qiáng)?波長?正向電壓 (VF)>
LED特性根據(jù)周圍溫度及LED發(fā)熱在內(nèi)的芯片溫度(Tj:發(fā)光部的結(jié)溫)發(fā)生變化。
以下針對代表性的特性變化進(jìn)行說明。
光強(qiáng)
LED的Tj上升,則光通量變少。
這是因?yàn)樽璧K發(fā)光的電子和空穴再結(jié)合運(yùn)動增加了。
波長
與光強(qiáng)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(dǎo)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(shí),λd有0.1nm/°C的變動,向長波長側(cè)變化。
針對波長規(guī)格嚴(yán)格的用途,需要探討在整機(jī)的工作保證溫度范圍內(nèi)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(dǎo)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(shè)計(jì)上是重要的要素。
LED恒流工作時(shí),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(shí),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(dá)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(shí)得不到所需的光強(qiáng)。
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(qiáng)等級、電氣特性規(guī)定了最小值等。
進(jìn)行光學(xué)設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)時(shí)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(dāng)沒有設(shè)計(jì)裕量時(shí),針對VF偏差大的產(chǎn)品,需要探討溫度變化時(shí)是否能得到所需的特性。
根據(jù)電路特性、整機(jī)特性,有時(shí)需要將LED特性值的偏差幅度縮小。
此時(shí),需要探討引進(jìn)特殊規(guī)格,及判斷是否能對應(yīng)此規(guī)格。
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