led的基本特性及使用時的注意事項

 

　　1、光電特性

 

　　LED在其電流極限參數(shù)范圍內(nèi)流過LED的電流越大，它的發(fā)光亮度越高。即LED的亮度與通過LED的電流成正比。但綠光和藍(lán)光及白光在大電流情況下會出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，不僅發(fā)光效率大幅降低，而且使用壽命也會縮短。

 

　　2、光學(xué)特性

 

　　LED按顏色分有紅、橙、黃、綠、藍(lán)、紫、白等多種顏色。按亮度分有普亮、高亮、超高亮等，同種芯片在不同的封裝方式下，它的亮度也不相同。按人的視覺可分為可見光和不可見光。按發(fā)光顏色的多少可分為單色、雙色、七彩等多種類型。色彩的純度不同價格相差很大，現(xiàn)行的純白色LED價格特貴。同時發(fā)光視角不同，光效亦不同，使用時特需注意。

 

　　3、常見的LED電性能參數(shù)

 

　?。?/span>1）LED正向電壓

 

　　不同顏色的LED在額定的正向電流條件下，有著各自不同的正向壓降值，紅、黃色：1.8~2.5V之間，綠色和藍(lán)色：2.7~4.0V之間。對于同種顏色的LED,其正向壓降和光強(qiáng)也不是完全一致的。如下：

 

　　LED型號：54HCA

 

　　發(fā)光顏色外觀顏色波長λD（nm）正向電壓VF亮度Iv（mcd）

 

　　IF=20mA

 

　　Min.Max.

 

　　紅色水透明645~6601.82.550~300

 

　　黃綠色水透明570~5751.82.550~300

 

　　黃色水透明585~5901.82.5500~5000

 

　　藍(lán)色水透明455~4752.74.0500~7000

 

　　綠色水透明515~5352.74.02000~10000

 

　　藍(lán)綠色水透明490~5152.74.02000~10000

 

　　白色水透明-2.74.03000~15000

 

　　在同一電路中應(yīng)該盡量使用在額定電流條件下正向壓降值相同、光強(qiáng)范圍小的LED.只有這樣才能保證LED的發(fā)光效果一致。其具體的電性參數(shù)可依各封裝廠每包裝提供的產(chǎn)品分光參數(shù)標(biāo)簽值。（有些公司每批分選都不一致）

 

　　（2）LED的額定工作電流

 

　　LED的額定電流各不相同，普通的LED電流一般為20mA,大功率的LED電流一般為40mA或350mA不等。具體要按各封裝廠提供的電流參數(shù)值。一般LED在反向電壓：VR=5V的條件下，反向電流：IR≤10μA.

 

　?。?/span>3）LED的功率

 

　　LED功率的大小也各不相同，有70mW、100mW、1W、2W、3W、5W等，所以必須根據(jù)所選擇的LED,設(shè)計合理的使用電路和配置合適的LED數(shù)量，使其完全滿足LED電源的額定值，如果設(shè)計的電路使每個LED分擔(dān)電壓或電流過高就會嚴(yán)重影響LED的使用壽命甚至燒毀LED,如果分擔(dān)的電壓或電流過低則激發(fā)的LED光強(qiáng)不夠，就不能充分發(fā)揮LED應(yīng)有的效果，達(dá)不到我們所期望的目的。

 

　　4、溫度特性

 

　?。?/span>1）LED的焊接溫度應(yīng)在250℃以下，焊接時間控制在3~5S之間。要注意避免LED溫度過高從而使芯片受損。

 

　　（2）LED的亮度輸出與溫度成反比，溫度不僅影響LED的亮度，也影響它的壽命。使用中盡量減少電路發(fā)熱，并做一定的散熱處理。

 

　　5、防靜電特性

 

　　LED裝配過程中必須加強(qiáng)防靜電措施，因為操作過程和人體本身都會產(chǎn)生靜電，對于雙電極的LED最易被靜電反向擊穿，從而嚴(yán)重影響LED的使用壽命甚至使其完全報廢。

 

　　如防靜電環(huán)境不是非常完善，可以給LED使用者增加防靜電腕帶，設(shè)置良好的防靜電接地系統(tǒng)，離子風(fēng)機(jī)等設(shè)備。

 

　　LED連接電路的常見形式

 

　　1、串聯(lián)：這種電路需要電源提供較高的電壓。

 

　　V總=各LED的VF之和=VF1+VF2+VF3+VF4------+VFN

 

　　I總=單顆LED的IF值

 

　　2、并聯(lián)：這種電路需要電源能提供較高的電流。

 

　　V總=單顆LED的VF值

 

　　I總=各LED的IF之和=IF1+IF2+IF3+IF4------+IFN

 

　　3、串聯(lián)/并聯(lián)組合

　　a、在實際運(yùn)用中，負(fù)載常采用通過串并聯(lián)形成的LED陣列；

 

　　b、將LED連接成串聯(lián)/并聯(lián)組合的形式，可大幅減低因少數(shù)LED的VF不一致造成的影響；

 

　　c、陣列形式或LED個數(shù)變化，限流電阻也應(yīng)相應(yīng)變化。

 

　　d、串聯(lián)/并聯(lián)組合的形式會使輸出電流隨輸入電壓和環(huán)境溫度等因素而發(fā)生的變化更加顯著；

 

　　4.為了能有效控制電路中的電流，須在電路中配置適當(dāng)?shù)南蘖麟娮琛?/span>

 

　　R=（V輸入電壓-VLED總電壓）/I（流過限流電阻的電流）

 

　　限流電阻的作用主要是控制LED的電流，使電壓更平滑，并使各并聯(lián)支路的亮度更均勻。限流電阻阻值大效果較好，但是限流電阻的取值也不能太大，否則會增加電能的損耗及元件溫度升高。

 

　　電源的分類及特性

 

　　1、按驅(qū)動方式可分為兩大類：

 

　?。?/span>1）恒流式：

 

　　a、恒流驅(qū)動電路輸出的電流是恒定的，而輸出的直流電壓卻隨著負(fù)載阻值的大小不同在一定范圍內(nèi)變化，負(fù)載阻值小，輸出電壓就低，負(fù)載阻值越大，輸出電壓也就越高；

 

　　b、恒流電路不怕負(fù)載短路，但嚴(yán)禁負(fù)載完全開路。

 

　　c、恒流驅(qū)動電路驅(qū)動LED是較為理想的，但相對而言價格較高。

　　d、應(yīng)注意所使用最大承受電流及電壓值，它限制了LED的使用數(shù)量；

 

　　（2）穩(wěn)壓式：

 

　　a、當(dāng)穩(wěn)壓電路中的各項參數(shù)確定以后，輸出的電壓是固定的，而輸出的電流卻隨著負(fù)載的增減而變化；

 

　　b、穩(wěn)壓電路不怕負(fù)載開路，但嚴(yán)禁負(fù)載完全短路。

 

　　c、以穩(wěn)壓驅(qū)動電路驅(qū)動LED,每串需要加上合適的電阻方可使每串LED顯示亮度平均；

 

　　d、亮度會受整流而來的電壓變化影響。

 

　　2、按電路結(jié)構(gòu)方式分類

 

　　（1）電阻、電容降壓方式：通過電容降壓，在閃動使用時，由于充放電的作用，通過LED的瞬間電流極大，容易損壞芯片。易受電網(wǎng)電壓波動的影響，電源效率低、可靠性低。

 

　　（2）電阻降壓方式：通過電阻降壓，受電網(wǎng)電壓變化的干擾較大，不容易做成穩(wěn)壓電源，降壓電阻要消耗很大部分的能量，所以這種供電方式電源效率很低，而且系統(tǒng)的可靠也較低。

 

　?。?/span>3）常規(guī)變壓器降壓方式：電源體積小、重量偏重、電源效率也很低、一般只有45%~60%,所以一般很少用，可靠性不高。

 

　?。?/span>4）電子變壓器降壓方式：電源效率較低，電壓范圍也不寬，一般180~240V,波紋干擾大。

 

　　（5）RCC降壓方式開關(guān)電源：穩(wěn)壓范圍比較寬、電源效率比較高，一般可以做到70%~80%,應(yīng)用也較廣。由于這種控制方式的振蕩頻率是不連續(xù)，開關(guān)頻率不容易控制，負(fù)載電壓波紋系數(shù)也比較大，異常負(fù)載適應(yīng)性差。

　?。?/span>6）PWM控制方式開關(guān)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(wěn)壓控制部分、開關(guān)能量轉(zhuǎn)換部分。PWM開關(guān)穩(wěn)壓的基本工作原理就是在輸入電壓、內(nèi)部參數(shù)及外接負(fù)載變化的情況下，控制電路通過被控制信號與基準(zhǔn)信號的差值進(jìn)行閉環(huán)反饋，調(diào)節(jié)主電路開關(guān)器件導(dǎo)通的脈沖寬度，使得開關(guān)電源的輸出電壓或電流穩(wěn)定（即相應(yīng)穩(wěn)壓電源或恒流電源）。電源效率極高，一般可以做到80%~90%,輸出電壓、電流穩(wěn)定。一般這種電路都有完善的保護(hù)措施，屬高可靠性電源。

 

　　七、工程中的簡易計算方法

 

　　1.由已知電源功率計算LED的數(shù)量（即取所得數(shù)據(jù)的整數(shù)）（7-1）

 

　　例：額定輸出功率為10W電源，使用額定的正向電流20mA,耗散功率為70mW條件下可配置多少個LED?依以上公式（即取所得數(shù)據(jù)的整數(shù)）

 

　　2.對于恒壓驅(qū)動方式：由已知的輸出電源電壓計算每支路串聯(lián)LED數(shù)量及并聯(lián)支路數(shù)

 

　　（1）計算每條支路的LED個數(shù)公式：（最大值）

 

　?。?/span>2）計算并聯(lián)支路數(shù)公式：

 

　　注：VLED值依不同發(fā)光顏色各有不同，用穩(wěn)壓電源驅(qū)動LED時，為了控制電流，通常需要串聯(lián)電阻器。

 

　　例：一個額定輸出電壓為DC24V,功率為10W電源，使用額定正向電流20mA,耗散功率為70mW額定的正向電壓為1.8V.可配置多少個LED呢？

 

　　依以上公式可以得出（即取所得數(shù)據(jù)的整數(shù)）即可以帶10組支路，每支路14個LED串聯(lián)構(gòu)成的電路，共140個LED.

 

　　3.對于恒流驅(qū)動方式：由已知的電源輸出電流及LED的電流值計算出并聯(lián)支路數(shù)及每支路數(shù)量

　?。?/span>1）計算并聯(lián)的支路數(shù)公式：（最小值）

 

　　（2）計算支路串接LED個數(shù)：

 

　　注：其中n按（7-1）計算

 

　　例：一個額定輸出電流為DC0.35A,額定功率為10W電源，驅(qū)動耗散功率為70mW,正向電流為0.02A的LED,可怎樣配置？

 

　　依以上公式可以得出并聯(lián)支數(shù)路：（即取所得數(shù)據(jù)的整數(shù)）每支路串接數(shù)：個數(shù)，即可以帶17組，每組8個LED串接，共136個LED.

 

　　4.線路損耗及線路壓降的計算

 

　　P電線=IRV電線=IR

 

　　R電線=σ（備注：L為電線長度；S為電線橫截面積；σ為電線電導(dǎo)率）也可以查電工手冊。

 

　　例：用長度為10米（正、負(fù)極電線各5米），24AWG的銅芯電線，通過電流為2A,其損耗的功率及線路壓降為多少？

 

　　查電工手冊可知：R電線=0.737W

 

　　V電線=2×0.737=1.474V

 

　　P電線=2×0.737=2.948W

　　從以上計算可以看出，線路電流較大時，要注意選擇合適的導(dǎo)線截面，否則線路損耗及線路壓降是相當(dāng)大的。我們只有完全了解LED和LED電源的基本特性，才能正確設(shè)計和使用LED光源。