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LED特性和白光LED的基礎知識與驅動


發(fā)布日期：2009-09-08	閱讀：81

很多年來，發(fā)光二極管(LED)廣泛的應用于狀態(tài)顯示與點陣顯示板�，F(xiàn)在，不僅可以選擇近期剛剛研發(fā)出來的藍光和白光產品(普遍用于便攜設備)，而且也能在已有的綠光、紅光和黃光產品中選擇。例如，白光LED被認為是彩色顯示器的理想背光源。但是，必須注意這些新型LED 產品的固有特性，需要為其設計適當?shù)墓╇婋娫�。本文描述了新、舊類型LED的特性，以及對驅動電源的性能要求。

標準紅光、綠光和黃光LED

　　使LED 工作的最簡單的方式是，用一個電壓源通過串接一個電阻與LED 相連。只要工作電壓(VB)保持恒定，LED 就可以發(fā)出恒定強度的光(盡管隨著環(huán)境溫度的升高光強會減小)。通過改變串聯(lián)電阻的阻值能夠將光強調節(jié)至所需要的強度。

　　對于5mm直徑的標準LED，圖1給出了其正向導通電壓(VF)與正向電流(IF)的函數(shù)曲線。[1] 注意LED的正向壓降隨著正向電流的增大而增加。假定工作于10mA正向電流的綠光LED應該有5V 的恒定工作電壓，那么串接電阻RV 等于(5V -VF,10mA)/10mA = 300 。如數(shù)據(jù)表中所給出的典型工作條件下的曲線圖(圖2)所示，其正向導通電壓為2V。

標準紅光、綠光和黃光LED 具有1.4V 至2.6V 的正向導通電壓范圍

　　圖1. 標準紅光、綠光和黃光LED 具有1.4V 至2.6V 的正向導通電壓范圍。當正向電流低于10mA時，正向導通電壓僅僅改變幾百毫伏。

串聯(lián)電阻和穩(wěn)壓源提供了簡單的LED 驅動方式

　　圖2. 串聯(lián)電阻和穩(wěn)壓源提供了簡單的LED 驅動方式。

　　這類商用二極管采用GaAsP (磷砷化鎵)制成。易于控制，并且被絕大多數(shù)工程師所熟知，它們具有如下優(yōu)點： •所產生的色彩(發(fā)射波長)在正向電流、工作電壓以及環(huán)境溫度變化時保持相當?shù)姆€(wěn)定性。標準綠光LED 發(fā)射大約565nm 的波長，容差僅有25nm。由于色彩差異非常小，在同時并聯(lián)驅動幾個這樣的LED 時不會出現(xiàn)問題(如圖3 所示)。正向導通電壓的正常變化會使光強產生微弱的差異，但這是次要的。通�？梢院雎酝粡S商、同一批次的LED 之間的差異。 •正向電流高至大約10mA時，正向電壓變化很小。紅光LED 的變化量大約為200mV，其它色彩大約為400mV (如圖1 所示)。 •相比之下，對于低于10mA 的正向電流，藍光和白光LED 的正向電壓變化更小�？梢灾苯邮褂帽阋说匿囯姵鼗蛉�(jié)NiMH 電池驅動。

　　圖3. 該圖給出了同時并聯(lián)驅動幾個紅光、黃光或者綠光LED 的結構，具有很小的色彩差異或亮度差異。

　　因此，驅動標準LED的電流消耗非常低。如果LED的驅動電壓高于其最大的正向電壓，則并不需要升壓轉換器或者復雜昂貴的電流源。

　　LED甚至可以直接由鋰電池或者3節(jié)NiMH電池來驅動，只要因電池放電而導致的亮度減弱可以滿足該應用的要求即可。

藍光LED

　　在很長的一段時間內都無法提供發(fā)射藍光的LED。設計工程師僅能采用已有的色彩：紅色、綠色和黃色。早期的“藍光”器件并不是真正的藍光LED，而是包圍有藍色散射材料的白熾燈。

　　幾年前，使用純凈的碳化硅(SiC)材料研制出了第一個“真正的藍光”LED，但是它們的發(fā)光效率非常低。下一代器件使用了氮化鎵基料，其發(fā)光效率可以達到最初產品的數(shù)倍。當前制造藍光LED的晶體外延材料是氮化銦鎵(InGaN)。發(fā)射波長的范圍為450nm至470nm，氮化銦鎵LED可以產生五倍于氮化鎵LED的光強。


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