一、LED基礎知識

　　1、LED發光原理

　　LED(Light Emitting Diode)是發光二極管的簡稱。隨著科技的進步，出現了可以發出類似白熾燈光色的LED，這就為現代照明提供了一種壽命長，效率高的照明光源，最為可貴的是，LED器件具有長達5萬以至10萬小時以上壽命，適合多種場合應用的特點。

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　　2、LED的特點

　　LED發出的光與自然光不同，其頻譜不是連續的，缺少紅外部分，所以與白熾燈不同，LED產生的熱量不是靠輻射散出，而是必須通過傳導方式三出，這也是LED被稱為冷光源的原因。LED具有以下優點：

　　高效節能：白光LED是目前已知的最為節能的白光光源器件。一千小時僅耗幾度電(普通60W白熾燈十七小時耗1度電，普通10W節能燈一百小時耗1度電)

　　超長壽命：半導體芯片發光，無燈絲，無玻璃泡，不怕震動，不易破碎，使用壽命可達五萬小時以上(普通白熾燈使用壽命僅有數百小時，普通節能燈使用壽命也只有八千小時)

　　綠色環保：不含汞和氙等有害元素，利于回收和利用，而且不會產生電磁干擾(普通燈管中含有汞和鉛等元素，節能燈中的電子鎮流器會產生電磁干擾，且燈管中照樣存在汞元素)

　　保護視力：直流驅動，無頻閃(普通燈都是交流驅動，就必然產生頻閃)

　　光效率高：發熱小:90%的電能轉化為可見光(普通白熾燈80%的電能轉化為熱能，僅有20%電能轉化為光能)

　　市場潛力大：低壓、直流供電，電池、太陽能供電即可，可用于邊遠山區及野外照明等缺電、少電場所。

　　根據國際權威機構預測，半導體發光二極管照明將在未來5-10年內取代現有傳統光源，當然這將取決于白光LED更加便宜，科技進步必然造成市場總體容量快速增長。技術人員經測量發現，在同樣亮度下，LED的電能消耗僅為白熾燈的1/10，壽命則是白熾燈的100倍。由于LED具有節能、環保、壽命長、體積小等優點，專家們稱其為人類照明史上繼白熾燈和熒光燈之后的又一次飛躍。根據美國能源部的預計，傳統照明器件的徹底更新換代將在2010年開始啟動。日、美、歐、韓等國均已正式啟動LED照明戰略計劃。據報道，今年在我國上海召開的世博會上許多發達國家展館已全面使用了LED作為照明光源。在我國，LED的應用也處于蓬蓬勃勃的發展階段，但是由于我國沒有掌握大功率LED的核心技術，國內目前還處于進口半導體芯片，國內封裝階段，因此從價格上相對于國外還處于高位，應用也就稍加受到影響。

　　3、LED發光二極管的電氣特性

　　LED處于正向工作狀態，在達到其發光電壓值時，LED開始發光，繼續增加電壓時，LED發光亮度急劇增加，如再略增加電壓，LED則可能瞬間燒毀，由此可見，LED屬于一種電流器件，正是這一特性，決定了LED必須在恒流狀態下才能安全工作，這是LED器件在使用上與其他光源不一致的主要方面，也是安全使用LED的關鍵因素，需要設計者充分注意的要點。

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　　圖一所示是功率為1W的LED芯片正向驅動電流與輸出亮度的關系，從中可以看出，驅動電流與流明輸出在350mA范圍內呈現明顯的線性關系。但是，隨著正向電流的增加，兩者之間漸漸出現非線性關系。當驅動電流超過線性范圍時，每瓦產生的流明效率將會降低，而在線性范圍內，每瓦產生的流明數將呈現上升的趨勢。當驅動電流超過線性范圍時，會導致輸出功率從LED轉換為熱能形式，此種熱能會成為LED驅動器的負擔，增加熱能設計的復雜度，并降低LED壽命。所以對于1W功率的LED器件，其正向驅動電流不超過350mA。 對于目前常用的Ф5小功率LED燈珠，正向電流不超過20mA。對于3W大功率LED芯片，正向電流不宜超過700mA。

　　二、LED設計基礎

　　1、LED驅動電源的設計要點

　　根據LED的特性，其安全的使用方法是采用恒流式驅動， 恒流驅動電路特點是：輸出的電流是恒定的，而輸出的直流電壓卻隨著負載阻值的大小不同在一定范圍內變化，負載阻值小，輸出電壓就低，負載阻值越大，輸出電壓也就越高。

　　細心的讀者可能會發現，目前市場上以LED為主要器件的成品，大多采用簡單的電容降壓方式，通過電容達到恒流作用，這類產品有一個致命的缺點，那就是往往在開關電源的瞬間，一下子將LED器件全部燒毀，其原因在于，電容器的充放電特性造成的，在這里電容器處于微分電路的電容，發光管內阻等等效于微分電路中的電阻，微分電路的時間參數t=0.7RC,則在t的充放電的瞬間，流過LED的瞬間電流極大(可能達到正常電流的數十倍以至數百倍)，造成瞬間永久性的損壞芯片。

　　一個可靠性較高的LED驅動電路如圖一(比較適合二手LED串聯應用)：

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　　這個電路中，C 1可以省略，另外U1可以用價格低廉的普通二極管代替，該電路的缺點在于其效率較低，當使用數十個(65個以下)以上的發光管串聯時，效率較高。本電路還可以簡化，取消U1及C1，Q1基極直接與R1下端相連即可，穩定流為0.6/R1決定，當R1取30歐姆時，恒定電流為20mA。

　　理論上LED都是能發光的二極管，而實際上所有LED的電性能都是不一樣的，特別對于電子愛好者容易得到的二手LED，每支LED的閥值Vf都有差異，這就是說LED的發光強度與驅動電流是不完全相同的，或者相差很大，此時設計者就需要針對實際情況加以分析采用最合理的設計方案，才可能達到最有效的可靠性及經濟效益。

　　由于LED屬于電流型器件，嚴格的說只能采用串聯工作方式，在并聯工作狀態下，必須對所并聯的發光管進行帥選，不論并聯的管子多少，實踐證明管壓降差不得超過0.005V，否則很容易造成損壞。前幾年我國市場上出現了許多由7、9甚至更多的LED并聯生產的手電筒，曾經也風光一時，但是自出現了單只管子的1W、3W、5W的LED手電筒之后，這種以串聯方式生產的手電筒在價格上則直線下降，到了幾乎無人問津的地步，恐怕就不完全是手電筒外形等原因了，關鍵在于技術方式落后，可靠性差才是問題的關鍵了。

　　最為理想的LED驅動電路是PWM恒流控制方式的開關電源，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穩流控制部分、開關能量轉換部分。PWM開關穩流的基本工作原理就是在輸入電壓、內部參數及外接負載變化的情況下，控制電路通過被控制信號與基準信號的差值進行閉環反饋，調節主電路開關器件導通的脈沖寬度，使得開關電源的輸出電流穩定(即恒流電源)。電源效率極高，一般可以做到80%～90%，輸出電流相當穩定。一般這種電路都有完善的保護措施，屬高可靠性電源。其缺點在于成本較高。