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LED基础知识及恒流恒压电路汇总 前言：高亮度LED发光二极管DIY摄影灯或照明灯具是一项辛苦而又快乐的事情，综合论坛朋友的需要，我把所收集的一部分与此相关的知识和恒流恒压IC及电路图在此和大家共享，希望大家都能在制作中体验到DIY的快乐感觉 1、教你改装LED（发光二极管） LED是发光二极管( Light Emitting Diode, LED)的简称，也被称作发光二极管，这种半导体组件发展以来一般是作为指示灯、显示板，但目前随着技术增加，已经能作为光源使用，它不但能够高效率地直接将电能转化为光能，而且拥有最长达数万小时10 万小时的使用寿命，同时具备不若传统灯泡易碎，并能省电，同时拥有环保无汞、体积小、可应用在低温环境、光源具方向性、造成光害少与色域丰富等优点。LED的发明 在1955年时，美国无线电公司（Radio Corporation of America）的Rubin Braunstein发现了砷化镓（GaAs）与及其它半导体合金的红外线放射作用，而1962年美国通用电气公司（GE）的Nick Holonyak Jr则开发出可见光的LEDLED。不过，LED真正的起飞是在1990年代白光LED出现后，才开始渐渐被重视，而应用面越来越广。LED的发光原理 LED其实就是一种特殊形式的二极管，是一种半导体器件通过掺杂等手段形成PN结，在阳极加正电压，在阴极加负电压，则电流很容易通过，并且通过光的形式释放出能量。在阴极加正电压，负极加正电压，不导通。LED最特别的地方在于只有从正极通电才是会发光，故一般给予直流电时，LED会稳定地发光，但如果接上交流电，LED会呈现闪烁的型态，闪亮的频率依据输入交流电的频率而定，照明电路为50Hz交流电完全看不出闪烁。LED的发光原理是外加电压，让电子与电洞在半导体内结合后，将能量以光的形式释放。目前全球产业所发展出的不同种类LED能够发出从红外线到蓝之间不同波长的光线，而业界也有紫色紫外线的LED，近年来LED最吸引人的发展是在蓝光LED上涂上荧光粉，将蓝光转化成白光的白光LED产品。LED之所以被称为世纪新光源，原因在于LED具备点光源与固态光源的特性，能够节省能源、高耐震、寿命长、体积小响应快速、并且色彩饱和度高。 LED的颜色： 由于随着LED的制造材料不同，产生出来的光子拥有的能量也不同， 铝砷化镓 (AlGaAs) - 红色及红外线 铝磷化镓 (AlGaP) - 绿色 磷化铟镓铝 (AlGaInP) - 高亮度的橘红色， 橙色，*，黄绿色 磷砷化镓 (GaAsP) - 红色，橘红色，* 磷化镓 (GaP) - 红色，*，绿色 氮化镓 (GaN) - 绿色，翠绿色，蓝色 铟氮化镓 (InGaN) - 近紫外线，蓝绿色，蓝色 碳化硅 (SiC) (用作衬底) - 蓝色 硅 (Si) (用作衬底) - 蓝色 (开发中) 蓝宝石 (Al2O3) (用作衬底) - 蓝色 硒化锌 (ZnSe) - 蓝色 钻石 (C) - 紫外线 氮化铝 (AlN), 铝氮化镓 (AlGaN) - 波长为远至近的紫外线 LED的寿命： 一般LED的发光寿命很长，产品大多标明为100,000小时以上，但事实上LED的亮度是会衰减的，在运用一段时间后，亮度会衰捡到原本的一半或甚至更少。但所幸随着业界技术的进步，减少LED亮度衰减问题的方案很多。在生产过程中，选用如4元素LEC材料能够拥有较久的亮度衰减周期，而厂商使用的LED制程与成品究竟能耐用多久有很大的关系，配色也是LED厂的生产关键。 LED的使用寿命，比一般白炙灯泡的1,000小时、日光灯具的1万小时，LED使用寿命可达5万小时，大幅降低灯具替换的成本。这项特性帮助LED 灯具在价格竞争上，有了将一般灯泡替换成LED的好理由，更可藉由这项优势，让许多原本因经济考虑而不能全天开启的环境，藉由LED照明让公共或私人场所 更安全 LED的应用： 最早LED是用在音响上当指示灯，然后运用在汽车上的仪表板灯、指示灯及音响面板等等，再进而至方向灯、室内灯，很快将应用到照射路面的大灯上。用在方向灯上的技术，己快速展开LED作为一种发光元件可以用于任何照明和指示灯应用，同时LED作为白炽灯和荧光灯的替代品， 固态照明(SSL)多个白光LED组合成一簇构成一个光源(见图)。可以用于汽车，摩托车，电动自行车的指示灯 LED的效率提升得很快目前大功率白光平均光输出为6080流明每瓦(lm/W)，2008年底有望达到120 lm/W。LED的长寿命让固态照明非常有吸引力。机械上SSL也比白炽灯和荧光灯更坚固。目前固态照明还未能实现家用，因为还需要电源转换，而且比较昂贵，尽管成本正在下降。闪光LED目前已经广泛应用了。 白炽灯泡非常便宜，但效率也很低，家用钨丝灯为16 lm/W，卤素灯大约为22 lm/W。荧光灯效率很高，50到100 lm/W (平均 60 lm/W)，但是灯管易碎，并且 需要起辉器和镇流器，因而有时会产生听觉噪音。节能灯里面集成了一个安静的镇流器，相对比较坚固和高效，适用于标准灯座，目前是家用照明的最佳选择。 随着技术的发展，SSL的成本会不断降低，并有望在2020年以前进入千家万户。现下LED主要用于信号指示，而在LED这一领域具有明显的优势。在世界各地，采用发光二极管发光的交通信号灯、汽车指示灯及道路状况告示等已慢慢的变得普遍。在香港地下铁列车中试验的发光二极管照明。 至于普通照明，目前(2008年2月)已经有量产化的商品出现。基于省电节能及环保的原由，很多大型机构都已开始试验发光二极管照明 LED的优点很多我总结一下：一个就是亮度高同时还非常省电 第二个是寿命长：LED使用寿命可达5万小时下面讲讲 LED的使用方法：LED的使用方法： LED是电流控制的元件，LED是电流型元件，主要是看通过管子电流大小的。一般5mm的LED电流达到1mA就开始起辉，到25mA即可能烧毁，实际在15-25mA亮度变化已不明显。如果你把自己的LED工作电流设计在10mA，好多产品的LED指示灯工作电流设计在5mA。 下图是最简单的LED显示电路，其中电阻起到限流和分压作用，二极管有内压降，普通的二极管管压降硅管为0.7V，锗管为0.5V，LED为1.7V 上图大家注意LED有两极（就是两根线跟外部相连，阳极和阴极，阳极接电池的正，阴极接负，则LED发亮，否则LED不会亮） 同时上图中电阻的阻值应该选用多少呢？假设我们设计电路中电流为10ma，在25ma以下都行 R=（12-1.7）/10mA=1千欧姆 哈哈 很简单吧 大家思考一下 如果是 接入220v交流照明电路 电阻值 应该选多少呢 R=（311-1.7）/10mA 为什么选311 因为220为有效值，最大值为根号2倍的220=311 同时电阻也不能随便选择，选择了不对的电阻 可能会烧毁电阻 电阻的功率选择：P=UI=10.3V*0.01A=0.103W 可选择即使用1/8W的电阻 大家想想如果是48V的 电阻怎么选呢：R=（48-1.7）/10mA如果为 36v则电阻选R=（36-1.7）/10mALED的保护： （电动自行车可以不用因为即使接反也不会烧毁LED因为电动自行车电池电压48V不会导致二极管烧毁即使64V也没问题，不过 弄一个最好了 呵呵）大家如果接线接反了，LED承受反向电压，如果反向电压超过了其反向击穿电压则可能导致LED烧毁，最简单的方法是在电路中串联一个二极管，此二极管起到了保护作用，电路图如图所示: 二极管可选用1N4004或1N4007，选用二极管的原则是反向电压小于二极管的反向工作电压即可。不过可能要稍微改写一下，以为此二极管内部有0.7V的压降则R=（12-1.7-0.7）/10mA 多个LED的串联：下图5个发光二极管串联，R选择多少呢？ R=（12-1.7*5-0.7）/10mA=0.28千欧姆2、发光二极管(LED)应用LED(发光二极管)用于状态显示和矩阵面板已经很多年了。现在，可选用的LED包括新开发的蓝光和白光LED(广泛用于便携装置)以及普遍存在的绿光、红光和黄光LED。白光LED可做为彩显的理想背景照明。但是，在为LED设计电源时应注意这些新LED器件的固有特性。本文描述新、老LED的特性以及激励它们所需的电源性能。 图1 标准红光、绿光和黄光LED的正向电压(范围1.4V2.6V)与正向电流的关系图2 串联电阻器和恒压源为LED工作提供一种简单方法图3 并联工作的几个红光、黄光、绿光LED配置 图4 白光LED发射波长(实线)包含蓝光和黄光区域的峰值，被人眼视为白光(图中的虚线为人眼相对光灵敏度)标准红光，绿光和黄光LED 使LED工作的最简单方法是把电压源通过一个串联电阻加到LED上。只要工作电压(VB)保持恒定，LED会发射恒定强度的光(虽然光强随环境温度增高会减弱)。可以根据要求改变电阻值来变化光强。 图1示出5mm直径标准LED的正向电压(VF)与正向电流(IF)的关系。注意，跨接在LED上的压降随正向电流增加。假定单个绿光LED在5V恒定工作电压下具有10mA正向电流，则串联电阻器KV=(5V-VF,10mA)/10mA=300W。如图2所示，典型工作条件下数据手册给出正向电压是2V。像这种商用二极管是用镓-砷化物-磷化物制造的。大多数的设计工作师了解和容易处理它们，这种LED具有如下特点： *发射的彩光(发射波长)在正向电流、工作电压和环境温度变化时能相对保持恒定。标准绿光LED发射波长为565nm左右，容差只有25nm。因此，几个这样的LED并联工作(图3)不会成问题。其色差是很小的。正向电压的正常变化会导致光强略有变化，但这种差别也是较小的。通常，可以忽略来自同一厂家和同一批号的LED的差别。 *在正向电流接近10mA时正向电压随正向电流有小的变化。红光LED变化大约200mV，其他LED变化400mV左右(见图1)。 在正向电流低于10mA时，其正向电压比蓝光或白光LED小很多，这样可直接用Li+电池或一个3节NiMH电池对它们供电。 因此，使标准LED工作的供电成本是相当低的。在LED工作电压大于其最大正向电压时不需要升压变换器或复杂昂贵的电流源。只要应用允许随电池放电所导致光强减弱的容限，LED甚至可直接工作在Li+或3节NiMH电池。 图5 正向电流变化导致的白光LED色度坐标移位图6 增加正向电流改变发射波长使蓝光LED色度变化蓝光和白光LED 长期以来人们无法得到发射蓝光的LED。设计人员只能用已有的红光、绿光和黄光LED。早期的器件实际上不是蓝光LED，而是用蓝光围绕小的白炽灯泡散射。几年前，用纯硅碳(SiC)材料开发出首批“真正的蓝光”LED，但其光效率不高。第二代器件是用钾一氮化物材料，其光效率是第一代蓝光LED的几倍。现在蓝乐LED所用的外延材料是铟-钾-氮化物(InGaN)。在450nm470nm发射波长范围，InGaN LED光强是钾-氮化物LED的5倍。 真正的白光LED仍未能用，制造这种器件的困难在于白光不能呈现在彩色光谱中，而我们看到的白光是不同波长的混合光。因此，必须用妙法产生白光。用发射黄光的变换材料覆盖发蓝光的InGaN基底材料，用蓝光激发。因此，产生蓝光和黄光的混合光，这就是人眼看到的白光(见图4)。 因为白光是不同波长的混合，所以，白光LED不可能有一个特定波长。用色坐标定义白光LED。根据CIE(Commission Internationale De L,eclairage)15.2版计算X和Y 坐标。往往在白光LED数据手册中给出色坐标随正向电流增加而变化(见图5)。可惜，InGaN LED处理起来不像标准绿光、红光和黄光LED那样容易。 InGaN LED的主波长(彩色)随正向电流而变化(图6)。例如，在白光LED中，除了发蓝光InGaN材料波长随正向电压变化外，变换材料的不同密度也产生色移。从图5可见这种色变化，X和Y坐标改变意味着色变化。如前所述，白光LED不具有一个特定的波长。 对于高达10mA的正向电流，正向电压变化很大。其变化范围800mV左右(某些二极管型号甚至变化更大)。因此，电池放电引起的工作电压变化会改变光色，这是因为工作电压变化会改变正向电流。在10mA正向电流时，正向电压为3.4V左右(此数值随制造商不同而异，范围为3.1V4.0V)。对于不同LED，其电流-电压特性也呈现出很大差异。LED直接由电池供电工作是困难的，因为，大多数电池的放电态低于LED所需的最小正向电压。 图7 随机选择的一组白光LED的电压-电流特性曲线图8 具有电流控制的MAX1912电荷泵为并联白光LED提供足够的工作电压和电流控制图9 单个外电阻器(RSET)可编程MAX1916加到每个LED上的相同电流。加PWM信号到使能引脚可产生简单的亮度控制(降低亮度功能) 图10 D/A转换器控制LED的降低亮度图11 开关升压变换器使能几个串联LED工作(通过CTRL输入由D/A变换器控制LED的同一正向电流)白光LED并联工作 当今大部分便携和电池工作装置采用白光LED做为背景照明。特别是PDA的彩色显示需要白光背光以便得到色再生来接近于原色。未来3G移动电话也将刺激白光LED的需求。这些装置除电话功能外，也可传输图像和视频数据，它们需要白光背光照明。数码相机、MP3播放机和其他视频、音频设备所有的显示也需要背光照明。大多数情况下，单个白光LED不能满足需求，所以，需要几个白光LED并联工作。 图7示出几个随机选择的白光LED(图中的虚线)产生2mA5mA范围的正向电流，进而产生不同强度的白光。特别是Y坐标在该区域有很大的变化(见图5)，这导致照明显示器偏离真实的色彩。另外，由于LED具有不同的光强，导致不均匀照明。另一个问题是所需的最低电源电压。为保证LED工作，3V以上的电压是必须的。低于此电压，几个LED可能完全保持暗的。 Li-Ion电池充满电时能提供4.2V输出电压，在工作短时间后降到额定3.5V。随着电池的放电，其电压进一步下降到3.0V。若白光LED直接从电池供电(如图3所示)，则会引起下面的问题。 第一个问题是当电池充满电时所有二极管都点亮，但具有不同的光强和色彩。随着电池降到其额定电平，其光强减弱而白光的差别变大。因此，设计人员必须考虑电池电压和二极管正向电压值，以便计算串联电阻值。用完全放电的电池供电，一些LED将进入全暗状态。 带电流控制的电荷泵 LED电源的目标是能提供足够的高输出电压，并能使相同的电流流经并联连接的所有LED。注意(图5)，若所有并联配置的白光LED具有相同的电流，则所有LED将具有相同的坐标系。Maxim公司的MAX1912能为此目的提供带电流控制的电荷泵。 在3个LED并联配置(图8)中，电荷泵是个大尺寸的型号，它将输入电压提高1.5倍。较早的电荷泵只是简单地将输入电压倍压，而新技术能提供更好的效率。把输入电压提升到刚好使LED工作的电平。连接到SET(引脚10)的电阻器网络保证在所有LED中有相同电流。内部电路保持SET端电压在200mV，所以，流经任何LED的电流可用下式计算：ILED=200mV/10W=20mA。 若某些二极管需要较低的电流电平，则3个以上LED可并联工作，因为MAX1912能提供高达60mA电流。 简单的电流控制 若系统能提供高于二极管正向电压的电压，则很容易使白光LED工作。例如，数码相机通常包含+5V电源。这样就不需要升压功能，因为电源电压具有驱动LED的足够容限。对于图8的电路，应选择匹配电流源。做为一个实例，MAX1916可以驱动3个并联的LED(图9)。 其工作是简单的：电阻器KSET编程流经所连接LED的电流。此方法所占板面积非常小。除IC(小的6引线SOT23封装)和少量旁路电容器外，它只需要一个外部电阻。IC提供LED之间良好的电流匹配(0.3%)。这种配置能提供相同的色度配置和来自每个LED的相同类型的白光。 减低亮度改变光强 一些便携装置根据环境光条件控制其光输出强度，而另一些装置在短时间待机之后通过软件降低光强。这些操作都需要LED降低亮度，而这种微光功能将影响每个正向电流，以相同的方法使亮度坐标产生偏差。用小的数模转换器控制流经RSET电阻器可以实现均匀亮度。 6位分辨率转换器(如带I2C兼容接口MAX5362或带SPI兼容接口的MAX5365)可提供32级光强调节(见图10)。这类LED的白光随着亮度而变化，因为正向电流影响色坐标。这不应该是个问题，因为相同的正向电流使组中的每个二极管发射相同的光。 不使色度坐标偏移的亮度调节是脉宽调制。这可以用电源器件实现，这些电源器件能提供使能或停机功能。例如，MAX1916只要EN变低就能立即限制流经LED的漏电流仅为1mA。这导致无光发射。EN变高态控制流经LED的可编程正向电流。若加一个脉宽调制信号到EN端，则亮度正比于占空比。 色度坐标不会移动，因为每个LED连续流过相同的正向电流。然而，人眼可觉察到随占空比变化的亮度变化，人眼分辨不出25Hz以上的频率，所以选择200-300Hz开关频率对于PWM减低亮度是合适的。较高的频率可能会出会问题，因为开关LED通、断所需的短暂时间期间可能移位色度坐标。从微处理器I/O引脚或一个外设器件可提供PWM信号。可用的亮度级数取决于所用计数器的宽度。 开关升压变换器具有电流控制 除了上面提供的电荷泵(MAX1912)外，也可以用带电流控制的升压变换器实现。例如开关电压变换器MAX1848可产生高达13V的输出电压，此电压驱动3个串联LED(图11)是足够的。此方法也许是最健全的，因为所有二极管是串联的，具有完全相同的电流。RSENSE和加在CTRL输入的电压确定LED电流。 根据上面所述方法，MAX1848可实现降低亮度功能。流经LED的正向电流正比于加到CTRL引脚的电压。因为，当加到CTRL引脚的电压低于100mV时，MAX1818变为关机模式，所以，可以实现PWM微亮功能。 结语 白光LED可并联工作，但要保证其正向电流相等，确保均匀的白光发射。为使LED工作，选择可控制电流源或带电流控制的升压变换器组合。用电荷泵或开关升压变换器可以实现各种组合。 3、高效、大电流白光LED驱动器EL7516前言随着白光LED的发展，它的应用越来越广。从前，白光LED最常见的应用是作为小尺寸LCD彩屏的背光。现在白光LED的亮度加大，它的应用已普及到其它方面，例如手电筒或手机照相辅助照明。本文介绍一种利用普通的升压芯片来驱动大电流LED的高效电路。电路设计一般白光LED的电流在20mA 左右，但高亮度的LED需要200300mA 电流。如果产品需要用三至四颗高亮度的白光LED，为了亮度平均，一般的做法都是把它们串连接在一起。市场上绝大部分的白光LED驱动芯片都只能驱动20mA左右。碰上串联大电流LED的应用便要另想办法。 Intersil 的EL7516是一颗典型的升压芯片，此芯片工作于1.2MHz 定频PWM模式，内置1.5A,200m MOSFET。 图1示出EL7516的典型应用电路。通过DC-DC升压作用，EL7516将2.75.5V输入转化成12V的恒定电压。跟一般PWM控制芯片一样，FB引脚是接到与1.3V比较的误差放大器。通过选定R1, R2的电阻值来设置输出电压。将EL7516的恒压电路改成驱动LED的恒流电路是非常简单的。如图2所示，只要将在FB端的R1换成LED，改变R2就可以调节通过LED的电流。可从下式选定R2值：R2=VFB/Iled其中VFB是FB引脚的电压，即1.3V；Iled是通过LED的电流。若Iled的要求为300mA，那么R2需要4.3W，如图3所示。关于图3的电路，最大的缺点在于R2的损耗。R2通过300mA时，电阻的功耗接近0.39W。这样大的功耗不但影响效率，也须要用体积比较大的电阻，才能接受0.39W的热量。一般来说，这些应用都是电池供电的，效率及线路PCB空间要求都比较严格，现在让我们看看怎样提高此线路的效率。图4示出改善电路。比较图3, 图4增加了两个元件R3及D1。无论电路怎样改动，EL7516都会调节占空比使到FB的电压维持1.3V。假设D1的正向导通压降是0.6V，R2的压降便约0.7V。要保持300mA LED电流，R2可选用2.3。而R2的功耗亦从原来的0.39W降至0.21W。虽然功耗已降低，但R2也得用半瓦电阻来实现这种电路。图5示出了进一步的改善方法。一个廉价的TL431加进电路里作为2.5V的基准源。如前所述，EL7516会保持FB在1.3V；所以通过R4的电流是: (2.5-1.3)/20k=60mA。 因FB是一高阻抗引脚，我们假设这60mA全数流入R5而做成同样1.2V压降。剩下的0.1V，会由R2来完成。为了方便购买，我们把R2选定为0.39。所以通过LED的电流约为: 0.1/0.39 = 255mA。R2的功耗亦大幅降低至: 0.10.255 = 26mW。通过实验，我们得出图3与图5的效率比较结果(表1)。结语从以上实验可以见到，只要在电路上稍作改动，可大大提高高电流LED的工作效率。实验中，我们用5V输入。实际的应用很可能是单个锂电池供电。EL7516最低工作电压为2.3V，所以适用于单个锂电池供电。但EL7516内置MOSFET有峰值电流(1.3A min)保护，如锂电池电压掉到3V以下，驱动四颗LED有可能触发电流保护。如须要在3V以下工作，最好把输出减少为三颗LED。 4、LED照明灯存在的问题和解决办法一、LED做照明灯具目前存在的问题 称为希望之光的LED,从1964年发明至今，已发展到普及化照明的时代，其节能、环保、亮度高、功耗小、寿命长、耐冲击等优点，前景极为广阔；在室内照明的起步阶段，还有其固有的缺点，主要表现在以下几方面：1、不一致性带来的问题：理论上LED都是能发光的二极管，而实际上所有LED的电性能都是有差异的，每个厂家的生产工艺是不一致的，甚至相差很大，就是同一厂家的不同时间的工艺都是有差异的；不同厂家使用的半导体原材料的纯度是有差异的，这就使LED的发光强度与驱动电流是不完全相同、耐过电流能力和发热的差异也就自然而然的不同了；封装工艺和封装材料的不同，使得整体的散热能力是不一样的，还有组合材料的热彭胀与散热的问题等。由此不难看出,LED发光二极管在短期内仍存在个体之间的很大的差异，如果每个灯只用一个LED，好控制。例如电视机、DVD上的电源指示灯；而当我们用LED制作照明灯具时，就不是用单个的LED，而是用多个、上百上千个LED成阵列接入电路，因LED的差异总有一个最先损坏，当有几个坏掉时(通常是短路)，会使电流增大而损坏其他的LED。这就是不一致性带的结果，也是制约其发展的因素之一。2、驱动电路复杂的问题：a.在电压匹配方面，LED不象普通的白炽灯泡，可以直接连接220V的交流市电。LED是2-3.伏的低电压驱动，必须要设计复杂的变换电路，不同用途的LED灯，要配备不同的电源。b.在电流供应方面，LED的正常工作电流在18mA-20mA，供电电流小于15mA时LED的发光强度不够，而大于20mA时，发生光衰而导致LED老化，同时发热大增，老化加快、寿命缩短，当超过50mA时会很快损坏，为了延长LED照明灯的使用寿命，常用集成电路电源、电子变压器、分离元件电源等，大电流驱动时，要配大功率管或可控硅器件，另加保护电路，要恒流、恒压电路供电，这样电源电路复杂，故障率、元件成本、生产成本、服务成本都将升高。这就大大地限制了市场的竞争力与购买群体。二、LED照明电路的特点：A、多LED灯的串、并联矩阵结构；B、不需要控制亮度；C、LED的电流在一定范围变化不会明显影响照度；D、LED损坏的原因多是电流过大，超过50mA，较小的电压变化引起较大的电流变化。所以控制过电流即可，这为电路的简化提供依据。三、解决问题的方法：如果用WHPTC过流保护器作保护，从原理可知，当电路的电流超过规定值时会讯速的自动保护，在排除故障后又自动复位，无需人工更换。对LED而言，电压的变化不是LED损坏的直接原因，而电流的增大才是LED的真正杀手。利用这个特性，在LED的电路保护上具有绝对的优势，让简易电源供电变为现实。实践证明，在LED电路出现故障以前就有效保护了。如下图可见，因有了WHPTC可省去恒流、恒压电路，。器件成本、生产成本、服务成本都大大降低。也大大增加了产品的市场竞争力。四、型号选择：可选择WH6-XXX 到 WH250-XXX 的 20mA-到-15A 中的所需型号。对LED进行无损保护，延长寿命。例如：WH250-020 用在220V、20mA的LED电路中，当电流超过40mA时，WHPTC在20秒左右保护。专家指点：WHPTC保护时，其续电流使LED继续点亮，只是光暗而不是熄灭，这是其它保护电路不具备的优点，如果是干扰电流或电压导致保护，则干扰过去后，LED自动恢复正常点亮，而不需要人工更换或维修。五、WHPTC系列产品可用于下列的照明、装饰、景观等灯具的电路保护：各种LED日光灯、球泡灯、杯灯、吸顶灯、路桥灯、交通灯、隧道灯、护栏灯、空中探照灯、激光灯、投光灯、庭院灯、地埋、水底灯、墙角灯、地脚灯、幕墙灯、盒灯、迪吧灯、酒吧灯、地砖灯、广场灯、节日灯、工艺灯、线条灯、气车灯等LED灯。大功率LED技术的进步也使得设计阶段的散热考虑变得越来越重要。为了避免LED的加速老化，或者最坏情况的完全报废，LED本身不能过热。一旦大功率LED的发热效率高于发光效率，输入功率产生热而不发光的比例就非常高。所以，在设计阶段就必须考虑采用良好的散热来保证LED工作可靠，并且允许它在更高的环境温度下也能够工作。而在选择LED驱动电路时，则必须考虑器件的散热。确保LED芯片不致过热的一个重要指标就是正向电流。在实际使用中，经常将工作电流设置在一个很低的水平，以确保即使在很高的环境温度下 LED也不至于过热。然而，如果LED的工作电流与温度不相关，就会带来一个很大的问题：当温度过高时，LED的工作条件就超出了其规范的要求。此外，在 很低的温度下，供给LED的电流会极大地低于最大允许电流。LED驱动电路中的热敏电阻因此，人们希望控制LED的驱动电流并使之降低LED额定工作条件。某些价格昂贵的LED驱动IC可以实现这种功 能，它采用内部或外部的温度传感器来感知温度并进行反馈控制。而我们则希望通过在LED驱动电路中采用PTC热敏电阻来提供一种简单的方法。它具有如下优点。 在室温的情况下，正向电流是增加的。 由于减少了LED的数量，所以成本可以降低。此外，可以采用价格低廉的驱动IC，或者甚至也可以采用不具有集成温度管理功能的驱动电路。 可以设计一个不需要IC控制，但仍能够根据环境温度调整LED工作电流的电路。 也可以采用低成本的LED，只是需要降低额定工作条件和提供更小的安全裕量。 如果增加过热保护功能，LED的可靠性会得到提高。 在散热方面也可以采用散热器（片）等方法。使用WHPTC前后的拓扑结构比较图浅谈LED产品老化 我们在应用LED时经常会出现这样种问题，LED焊在产品上刚开始的时候是正常工作的，但点亮一段时间以后就会出现暗光、闪动、故障、间断亮等现象，给产品带来严重的损害。引起这种现象的原因大致有：1应用产品时，焊接制程有问题，例如焊接温度过高焊接时间过长，没有做好防静电工作等，这些问题95以上是封装过程造成。2LED本身质量或生产制程造成。 预防方法有：1.做好焊接制程的控制。2.对产品进行老化测试。老化是电子产品可靠性的重要保证，是产品生产的最后必不可少的一步。LED产品在老化后可以提升效能，并有助于后期使用的效能稳定。LED老化测试在产品质量控制是一个非常重要的环节，但在很多时候往往被忽视，无法进行正确有效的老化。LED老化测试是根据产品的故障率曲线即浴盆曲线的特征而采取的对策，以此来提高产品的可靠性，但这种方法并不是必需的，毕竟老化测试是以牺牲单颗LED产品的寿命为代价的。LED老化方式包括恒流老化及恒压老化。恒流源是指电流在任何时间都恒定不变的。有频率的问题，就不是恒流了。那是交流或脉动电流。交流或脉动电流源可以设计成有效值恒定不变，但这种电源无法称做恒流源。恒流老化是最符合LED电流工作特征，是最科学的LED老化方式；过电流冲击老化也是厂家最新采用的一种老化手段，通过使用频率可调，电流可调的恒流源进行此类老化，以期在短时间内判断LED的质量预期寿命，并且可挑出很多常规老化无法挑出的隐患LED。 有效防止高温失灵-PTC热敏电阻用作LED限流器 近年来，发光二极管(简称LED)的发展已取得巨大进步：已从纯粹用作指示灯发展为光输出达100流明以上的大功率LED。不久之后，LED照明的成本将降至与传统冷阴极荧光灯(简称CCFL)类似的水平。这使得人们对LED的下述应用兴趣日浓： 汽车照明灯、建筑物内外的LED光源、以及笔记本电脑或电视机LCD屏的背光。 大功率LED技术的发展提高了设计阶段对散热的要求。就像所有其它半导体一样，LED不能过热，以免加速输出的减弱，或者导致最坏状况：完全失效。与白炽灯相比，虽然大功率LED具有更高效率，但是输入功率中相当大的一部分仍变成热能而非光能。因而，可靠的运作就需要良好的散热，并要求在设计阶段就考虑高温环境。 设计LED驱动电路尺寸时，也必须考虑温度因素：必须选择其正向电流，以确保即使环境温度达到最高值，LED芯片也不会过热。随着温度的升高，就需要通过降低最高容许电流，即降低额定值，来实现降温。LED制造商把降额曲线纳入其产品规格中。有关此类曲线，参见图1。图1 LED降频曲线利用无温度依赖性的电源运行LED存在弊端：在高温区域内，LED则超出规格范围运行。此外，当处于低温区域时，照明源就由明显低于最大容许电流(参见图1红色曲线)的电流供电。如图1的绿色曲线所示，通过LED驱动电路中的正温度系数热敏电阻(简称PTC热敏电阻)来控制LED电流是一个重大改进。这至少可以带来下列好处：*在室温下增加正向电流，从而增加光输出*因为可以减少LED使用量，所以可以使用价格较低的驱动集成电路(简称IC)乃至一个不带温度管理的驱动电路来节约成本*实现无需IC控制的驱动电路设计，此电路亦可使LED电流随温度改变*能够使用较便宜减额值较高安全裕量较小的LED*过热保护功能提高了可靠性*带散热片的热机械设计更为简单大多数LED用驱动电路形式具有一个共同点：即流经LED的正向电流是通过固定电阻进行设置(参见图2)。一般说来，流经LED ILED的电流取决于Rout，即ILED 1/Rout。由于Rout不随温度而变，因此LED电流也不受温度影响。将固定电阻换成随温度变化的电路，即可实现对LED电流的温度管理。下列图表阐明了如何使用PTC热敏电阻来改善标准电路。示例1：有反馈回路的恒流源图2中电路1为常用的驱动电路。其恒流源包括一条反馈回路。当调节电阻两端的反馈电压达到因IC而异的VFB时，LED电流就不变了。LED电流因而被稳定在ILED=VFB/Rout。 图2 LED的传统驱动方式图3所示为上一电路改良型：此电路借由PTC热敏电阻，生成随温度变化的LED电流。通过正确选择PTC热敏电阻、Rseries以及Rparallel，此电路与专用驱动IC和LED组合相匹配。其中，LED电流可经由下列方程式计算得出：图3所示电路阐明了LED电流(参见图3)的温度依赖性。与针对最高运行温度为60度的恒流源相比较，使用PTC热敏电阻后LED电流可在0度和40度之间提升达40%，并且LED亮度也能提高同等百分比。图3 采用PTC热敏电阻的温度监测和电流降频示例2：调节电阻与LED无串联的恒流源图2所示电路2为另一常见的恒流源电路：电流通过连接驱动IC的电阻得以确定。然而在这种情况下，调节电阻并未与LED串联。Rset和ILED之间的比率由IC规格明确。因此，运用20kW的串联电阻和TLE4241G型驱动IC，最终产生的LED电流为30mA。图4所示为标准电路改良型，其中也含有一个PTC热敏电阻，尽管此处采用WHPTC热敏电阻。在感测温度，元件电阻可达4.7kW，且容许误差值为5(标准系列)或3(容许误差值精确系列)。图4所示为随外界温度而变化的LED电流。固定电阻Rseries容许误差范围小，在低温时支配总电阻。只有在低于PTC热敏电阻的感测温度大约15 K时，由于PTC热敏电阻的阻值开始增加，电流才会开始下降。在感测温度(总电阻=Rseries+RPTC=19.5kW+4.7kW=24.2kW)时的电流大约为23mA。PTC电阻在温度更高时急剧上升，迅速引发断路，从而避免因温度过高出现故障。图4 无分流测量之温度记录 示例3：无IC简单驱动电路如图2所示电路3，LED也可在无驱动IC的情况下工作。图示电路是通过车用电池驱动单一200mA LED。稳压器生成5 V的稳定电源电压Vstab，以避免电源电压出现波动。LED在Vstab处运作，电流则通过与LED串联的电阻元件Rout决定。在这类电路中，通过下一则等式可算出独立于温度的正向电流，在此等式中，VDiode是一个LED的正向电压：另一做法是将WHPTC的径向引线式PTC热敏电阻以及两个固定电阻相组合后，替代上述固定电阻，如图所示。由于LED电流的绝大部分流经PTC热敏电阻本身，因此需要选择一个较大的径向引线式元件。PTC将因为流经电阻本身的电流而导致发热，因此会一直减少电流，无论环境温度为何(如图5所示)。并联两个或更多片式PTC热敏电阻会将电流分流，但此方案仍存在局限性。回复 引用 TOP 5# 发表于 2008-9-14 15:23 | 只看该作者 图5 无需IC的温度补偿驱动电路电流值主要是通过适当选择两个固定电阻来设置的。这两个电阻也在改进电路方面也起到重要作用，因为它们将产生的LED正向电流的允差保持在较低水平。这在正常工作温度范围内尤其重要，因为此时PTC热敏电阻本身的阻值允差仍较高。第二个并联固定电阻也能确保PTC不会在极端高温情况下彻底关闭LED，因此，电流不会降至低于下列等式计算的所得值：这项性能在例如汽车电子这样的应用中极其重要，因为安全要求不允许照明灯彻底关闭。背景资料：LED的温度依赖性像所有半导体一样，LED的最高容许结点温度不能超过，以免导致过早老化或者完全失效。如果结点温度要保持在临界值以下，那么外界温度升高时，最高容许正向电流则必须下降。不过，如果运用散热器，在特定的外界温度时正向电流可以增加。LED的光输出随着芯片结点温度的升高而下降。上述情况主要发生在红色和*LED，白色LED则与温度关系较小。光照效率和正向电流保持同步增长，不过，安装在结层和环境之间的LED所具备的高热阻率可以降低乃至逆转这种作用，这是因为随着结点温度的上升，发射光会降低。此外，当结点温度上升且LED正向电压与温度保持同步增长时，发射光的主波长会以+0.1 nm / K的典型速率增长。 各种白光LED驱动电路特性评比 1996年，日亚化学的中村氏发现蓝光LED之后，白光LED就被视为照明光源最具发展潜力的组件，因此，有关白光LED性能的改善与商品化应用，立即成为各国研究的焦点。目前,白光LED已经分别应用于公共场所的步道灯、汽车照明、交通号志、可携式电子产品、液晶显示器等领域。由于白光LED还具备丰富的三原色色温与高发光效率的特性，一般认为非常适用于液晶显示器的背光照明光源，因此，各厂商陆续推出白光LED专用驱动电路与相关组件。鉴于此，本文就LED专用驱动电路的特性与今后的发展动向进行简单阐述。 1 定电流驱动的理由1.1 白光LED的光度以顺向电流规范白光LED的顺向电压通常被规范成20mA时，最小为3.0V，最大为4.0V，也就是若单纯施加一定的顺向电压时，顺向电流会作大范围的变化。 图1是从A、B两家LED企业的产品中随机取三种白光LED样品进行顺向电压与顺向电流特性检测的结果。根据检测结果显示，若利用3.4V顺向电压驱动上述六种白光LED时，顺向电流会在1044mA范围内大幅变动。表1为白光LED的电气与光学特性。 由于白光LED的光度与色度是以定电流方式量测的，所以，为获得预期的亮度与色度，通常是用定电流驱动。表2为光学坐标的等级（rank）（IF=25mA，Ta=250C）。1.2 避免顺向电流超越容许电流值为确保白光LED的可靠性，基本上就是需要设法避免顺向电流超过白光LED的绝对最大设计值（定格值）。图2中，白光LED的定格最大顺向电流为30mA，随着周围温度的上升，容许顺向电流则持续衰减，如果周围温度为50，通常顺向电流就不能超过20mA。此外，利用定电压的驱动方式不易控制流入LED的电流值，因此就无法维持LED的可靠性。2 白光LED的驱动方法图3是驱动白光LED常用的四种电源电路；图4是上述六种随机取样白光LED稳定后的ReguLation精度特性。图4的测试结果显示，ReguLator的负载特性出现在白光LED的VF角落上，即图中的交叉点就是各白光LED的稳定动作点。2.1 使用电压ReguLator的驱动方式图3（a）的电路分别使用可以控制LED电流的电压ReguLator与BaLL