發光二極管 (LED) 現在已經取代了大多數其他照明技術。由于其多功能性、低成本和效率，LED 現在可用于任何類型的應用中最不同的情況：狀態指示器、LCD 顯示器的背光以及傳統或大氣照明都是現在更方便的領域（經濟上而不是技術上）使用 LED 而不是傳統的發光源。讓我們來看看將 LED 作為光源標準的特性以及相關類型的應用。

LED 的物理學

LED 是一種以二極管為基礎的有源半導體電子元件。“發光二極管”一詞強調了這項技術不過是一種具有幾何和物理特性的 pn 結，旨在利用半導體的電致發光效應。事實上，通過用大于閾值（或正向）電壓的足夠電壓直接偏置 pn 結，結附近的電荷會從一個能級移動到另一個能級；當空穴和電子復合時，如果釋放的能量足夠高，就會發射光子，其頻率（因此，顏色）和發光強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，

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

LED設備的驅動

LED是電流驅動的電子元件。為此，必須始終在驅動電路中提供限流電阻，否則組件看到的唯一電阻將是結本身的內部電阻；不限制電流會冒著損壞組件和從一個設備到另一個設備的行為偏差的風險。

圖 1 顯示了驅動 LED 的基本方案。在該電路中，向 MOSFET 的基極提供正電壓，觸發漏極和源極之間的電流流動，從而導通漏極上的 LED。請注意限流電阻的存在。假設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算為R = ( Vin – Vth ) / If。例如，用作電源狀態指示器的經典 LED 可以具有Vth = 1.8 V 和If = 20 mA；假設為電路提供電壓Vin = 5 V，限流電阻的值R = (5 – 1.8) / 0.02 = 160 Ω。

圖 1：LED 驅動器基礎電路（來源：Davide Di Gesualdo）

當通過微控制器進行驅動時使用所提出的方案；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，則有損壞芯片的風險（由于危險的電流）將非常高。顯然，如果需要驅動大功率 LED（甚至可以吸收超過 3 W 或 5 W 的功率），則必須采用與所需電流一致的驅動器。在這方面，賽普拉斯 Power PSoC 系列微控制器值得注意，因為它能夠直接在芯片中為功率 MOSFET 供電，這對于通過最小化周圍電路來驅動功率 LED 非常有用。

使 LED 在照明領域流行的一個特性無疑是利用脈寬調制技術來實現調光的可能性，即提高或降低 LED 中流動的電流（因此，檢查其光通量）。該技術包括應用具有可變占空比的方波的控制信號：因此，所使用的電流將與所應用波的時間Ton成正比，從而允許對 LED 的亮度進行電子控制。

圖 2：PWM 操作

顯然，如果需要精確的亮度控制，應用極其簡單的 PWM 技術可能無效；事實上，請記住，因為 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，通過修改占空比獲得的電流變化也是非線性的。

為了克服這個缺點，有必要使用專門設計的 LED 驅動器來提供針對比例電壓信號的恒定電流。該解決方案避免了發光組件的連續開關循環，提高了設備的持續時間和發出的光的質量，因為它不會閃爍。

LED的常見應用

如上所述，LED 的用途非常廣泛，這也是因為有多種類型可供選擇。

按照耗散功率（也就是產生的光通量）來分類，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，在電子設備中用作狀態指示燈（開機指示燈、連接狀態、設備間通訊指示燈等）。他們的使用是最經典最老的，他們的封裝都是PTH和SMD。對于這種類型的設備，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。后者極大地促進了 LED 的普及，因為現代電視的大多數 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，與其他兩類設備相比，此類設備的成本要高得多，其熱特性需要仔細設計設備的冷卻方法。功率LED的典型應用無疑是功能性和氛圍性照明；這種類型的單個設備甚至可以發出350多流明，通過組合幾個LED，可以獲得真正的路燈，以至于在路邊找到配備這種技術的照明設備已不再罕見我們的城市；說實話，LED路燈公共照明是智慧城市的基石之一，

圖 3：RGB 電源 LED 設備（來源：超亮 LED）

文章來源：eeweb Davide Di Gesualdo

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