led电路（ LED篇之电路结构及性能）

发光二极管电路结构

正向电压

当电流沿LED的正向流动时，阳极和阴极之间产生的电压称为直流电压(VF)。单位是伏特。

直流电压相对于电流的特性曲线公布在数据表等中。

在讨论LED照明电路时，这个特性是最重要的考虑因素。

正向电流(IF)-直流电压(VF)的特性随着LED元件的材料、尺寸和颜色而变化。而且随环境温度而变化。此外，它还有半导体特有的特征值分布，即所谓的偏差。

当LED采用恒流驱动时，直流电压(VF)的变化不构成大问题，但当LED采用恒压驱动时，就要考虑电压的变化和偏差。

LED照明电路

[串联照明电路]

当led通过恒压驱动串联点亮时，如下图所示，电路中包含与led串联的电阻来控制电流。

以这个电路为例。首先，根据正向电流(IF)-直流电压(VF)特性，读取LED点亮时的正向电流(IF)和直流电压(VF)值。

将该值代入上式，计算出R(电流控制电阻)的值。

[并联照明电路]

当led通过恒压驱动并排排列时，建议为每列led增加一个控制电阻。

LED的正向电流(IF)-直流电压(VF)特性取决于元件的材料和发光颜色。即使是相同的材料和发光颜色，也存在半导体特有的个别偏差。

如下图所示，当LED①和LED②的直流电压(VF)值不同时，如果用一个电阻来控制电流，就很难控制每个LED的电流(IF1和IF2)。

每个LED连接一个电阻，每个LED的电流(IF1或IF2)都可以设置，所以更容易自由设置，比如平衡电流值，抑制亮度偏差等。此外，通过提高输入电压(Vin)和电阻上的电压，也可以降低偏差。

要求的性能

1.温度引起的特性变化

LED的特性根据环境温度和芯片温度(Tj:发光部分的结温)而变化，包括LED发热。

以下是典型特征变化的描述。

光强度

LED的Tj上升，光通量下降。

这是因为阻碍发光的电子和空空穴的复合运动增加。

波长

如同光强的变化一样，温度的变化引起发光波长的变化。

主要是温度变化导致半导体的带隙发生变化，所以波长发生变化。

不同材料的波长变化不同。InGaAlP LED温度升高，λd变化0.1nm/℃,向长波长侧变化。

对于波长要求严格的应用，需要讨论波长在整机工作保证温度范围内的变化。

直流电压

除特殊情况外，VF的变化与发射波长相同，并因半导体带隙的变化而变化。

随着温度的升高，VF将下降2mV/℃..

VF的变化是电路设计中的一个重要因素。

当LED工作在恒定电流时，VF作为电路常数的变化问题不大，但当LED工作在或接近恒定电压时，随着温度的升高，VF减小，电流增大。

当电流增加时，Tj变高，VF降低，电流不断增加，直到达到平衡状态。

反之，当温度变低时，VF变高，电流变小，所以有可能在恒压工作时得不到所需的光强。

2.特征偏差

在制造阶段，LED有特征值分布，即所谓的偏差。

因此，规定了光强水平和电特性的最小值。

光学设计和电路设计都要考虑偏差。

例如，在VF随温度变化之前，在特定分布中存在偏差。

当没有设计余量时，对于VF偏差较大的产品，需要讨论温度变化时是否能获得所需的特性。

根据电路和整机的特性，有时需要减小LED特征值的偏差。

这时候就需要讨论特殊规范的引入，确定是否能对应这个规范。