LED電路基礎(chǔ)知識(shí)

LED（Light-Emitting-Diode中文意思為發(fā)光二極管）是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的半導(dǎo)體，它改變了白熾燈鎢絲發(fā)光與節(jié)能燈三基色粉發(fā)光的原理，而采用電場(chǎng)發(fā)光。據(jù)分析，LED的特點(diǎn)非常明顯，壽命長(zhǎng)、光效高、無輻射與低功耗。LED的光譜幾乎全部集中于可見光頻段，其發(fā)光效率可達(dá)80?90%。將LED與普通白熾燈、螺旋節(jié)能燈及T5三基色熒光燈進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果顯示：普通白熾燈的光效為12lm/W，壽命小于2000小時(shí)，螺旋節(jié)能燈的光效為60lm/W，壽命小于8000小時(shí)，T5熒光燈則為96lm/W，壽命大約為10000小時(shí)，而直徑為5毫米的白光LED為20?28lm/W，壽命可大于100000小時(shí)。有人還預(yù)測(cè)，未來的LED壽命上限將無窮大。大功率，指發(fā)光工率大，一般指0.5W，1W3W5W或更高的。光強(qiáng)與流明是比小功率大，但同樣散熱也很大，現(xiàn)在大功率都是單顆應(yīng)用，加很大的散熱片。小功率一般是0.06W左右的。插件和食人魚等?，F(xiàn)在LED手電一般是用小功率用的，光散不散，取決于LED的發(fā)光角度，有大角度小角度之分，小角度不散，大角度才散。市面上的手電筒一般是用草帽頭做的。效果很好。現(xiàn)在就擔(dān)心有些廠家不重質(zhì)量，拿的次品LED做電筒，用不了多久就有死燈。LED的亮度是跟LED的發(fā)光角度有必然關(guān)系的,LED的角度越小它的亮度越高，沒有什么超亮不超亮的,那是騙小孩的，如果是質(zhì)量好的LED不管是那家LED廠家生產(chǎn)的大家的亮度都差不多的，只是生產(chǎn)工藝不一樣，使用壽命略有不同，因?yàn)榇蠹矣玫亩际悄菐准覈?guó)外的LED芯片.如果是5MM的LED180度角的白光的亮度只有幾百M(fèi)CD,如果是15度角的亮度就要去到一萬多兩萬MCD的亮度了，亮度相差好幾十倍了，如果是用于照明用的，在戶外最好是用大功率的LED了，亮度就更高了，單個(gè)功率有1W,3W,5W,還有的是用多個(gè)大功率組合成一個(gè)大功率的LED,功率去到幾百都有.色溫和亮度沒關(guān)系，而亮度和流明值有關(guān)來看幾個(gè)概念：發(fā)光強(qiáng)度（光度）的含義是什么？答：發(fā)光強(qiáng)度（光度，I）定義為:點(diǎn)光源在某一方向上的發(fā)光強(qiáng)度，即是發(fā)光體在單位時(shí)間內(nèi)所射出的光量，也簡(jiǎn)稱為光度，常用單位為燭光（cd，坎德拉），一個(gè)國(guó)際燭光的定義為以鯨魚油脂制成的蠟燭每小時(shí)燃燒120格冷（grain）所發(fā)出的光度，一格冷等于0.0648克發(fā)光強(qiáng)度（光度）的單位是什么？答：發(fā)光強(qiáng)度常用單位為燭光（cd，坎德拉），國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)燭光（lcd）的定義為理想黑體在鉑凝固點(diǎn)溫度（1769°C）時(shí)，垂直于黑體（其表面積為1m2）方向上的60萬分之一的光度，所謂理想黑體是指物體的放射率等于1，物體所吸收的能量可以全部放射出去，使溫度一直保持均勻固定，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)燭光（candela）與舊標(biāo)準(zhǔn)燭光（candle）的互換關(guān)系為1candela=0.981candle什么叫做光通量?光通量的單位是什么？答：光通量（中）的定義是：點(diǎn)光源或非點(diǎn)光源在單位時(shí)間內(nèi)所發(fā)出的能量，其中可產(chǎn)生視覺者（人能感覺出來的輻射通量）即稱為光通量。光通量的單位為流明（簡(jiǎn)寫lm），1流明（lumen或lm）定義為一國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)燭光的光源在單位立體弧角內(nèi)所通過的光通量，由于整個(gè)球面面積為4nR2,所以一流明光通量等于一燭光所發(fā)出光通量的1/4n，或者說球面有4n,因此按照流明的定義可知一個(gè)cd的點(diǎn)光源會(huì)輻射4n流明，即中（流明）=4nI（燭光），假定^。為很小的立體弧角，在^。立體角內(nèi)光通量△中，則有△中=AQI一英尺燭光的含義是什么？答：一英尺燭光是指距離一燭光的光源（點(diǎn)光源或非點(diǎn)光源）一英尺遠(yuǎn)而與光線正交的面上的光照度，簡(jiǎn)寫為1ftc（1lm/ft2，流明/英尺2），即每平方英尺內(nèi)所接收的光通量為1流明時(shí)的照度，并且1ftc=10.76lux一米燭光的含義是什么？答：一米燭光是指距離一燭光的光源（點(diǎn)光源或非點(diǎn)光源）一米遠(yuǎn)而與光線正交的面上的光照度，稱為勒克斯（lux，也有寫成lx），即每平方公尺內(nèi)所接收的光通量為1流明時(shí)的照度（流明/米2）1lux的含義是什么？答：每平方公尺內(nèi)所接收的光通量為1流明時(shí)的照度照度的含義是什么？答：照度（E）的定義為：被照物體單位受照面積上所接受的光通量，或者說受光照射的物體在單位時(shí)間內(nèi)每單位面積上所接受的光度，單位以米燭光或英尺燭光（ftc）表示照度與光度、距離之間有什么關(guān)系？答：照度與光度、距離間的關(guān)系是：E(照度)=1(光度)/r2(距離平方)被照體的照度大小與哪些因素有關(guān)？答：被照體的照度與光源的發(fā)光強(qiáng)度及被照體和光源之間的距離有關(guān)，而與被照體的顏色、表面性質(zhì)及表面積大小無關(guān)從上面可以推出：1L二cd/m2.)=1LM/srXm2也就是說，亮度與流明成正比，而流明與色溫?zé)o直接關(guān)系關(guān)于LED光源應(yīng)用的簡(jiǎn)介：LED照明行業(yè)是一個(gè)新興的行業(yè)，它以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)深受人們的青睞。如今在光電工程中，提高光效，節(jié)約能源和高可靠性已經(jīng)成為人們共同追求的目的。我們?cè)谟懻摵褪褂肔ED光源時(shí)，都會(huì)想到LED的壽命長(zhǎng)、節(jié)約能源、亮度高等特點(diǎn)。也正是因?yàn)槿绱薒ED光源才倍受歡迎。LED光源雖有以上優(yōu)點(diǎn)，卻并不如人們所說的那么神奇。只有給其配上合適、高效的LED電源、合理的電路設(shè)計(jì)、完善的防靜電措施、正確的安裝工藝才能充分發(fā)揮和利用LED光源的以上優(yōu)點(diǎn)。下面我就LED光源在工程應(yīng)用中的一些常識(shí)做簡(jiǎn)單的介紹，供大家參考。二、 LED壽命的理解LED的使用壽命，一般認(rèn)為在理想狀態(tài)下有10萬小時(shí)。實(shí)際在使用過程中其光強(qiáng)會(huì)隨使用時(shí)間的推移逐漸衰減，即電能轉(zhuǎn)化為光能的效率逐漸降低。我們能真正使用的有效光強(qiáng)范圍應(yīng)在其衰減到初始光強(qiáng)的70%以上時(shí)，壽命是否可以定義為光效逐漸降低至70%的時(shí)間段。目前還沒有明確的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)用來衡量。而且LED的使用壽命與其芯片的質(zhì)量和封裝技術(shù)、工藝直接相關(guān)，據(jù)某LED封裝廠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)有些芯片在20mA條件下連續(xù)點(diǎn)亮4000小時(shí)后其光亮度衰減已達(dá)50%。但是隨著技術(shù)、工藝的提高，光衰時(shí)間越來越緩慢，即壽命也越長(zhǎng)。三、 LED的節(jié)能及可靠性LED是電流控制元件，通過流過的電流，直接將電能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽?，故也稱光電轉(zhuǎn)換器。因其不存在摩擦損耗和機(jī)械損耗，所以在節(jié)能方面比一般的光源的效率高，但是LED光源并不能像一般的普通光源一樣可以直接使用電網(wǎng)電壓，它必須配置一個(gè)電壓轉(zhuǎn)換裝置，提供滿足其額定的電壓、電流，才能正常使用，即LED專用電源。但是各種不同的LED電源其性能和轉(zhuǎn)換效率各不相同，所以選擇合適、高效的LED專用電源，才能真正體現(xiàn)LED光源高效特性。因?yàn)榈托实腖ED電源本身就需要消耗大量電能，在配合LED的使用過程中根本就體現(xiàn)不出LED的高效節(jié)能特性。而且LED電源也必須是高可靠性電源，才能使LED光源系統(tǒng)長(zhǎng)壽命。四、 LED的基本特性及使用時(shí)的注意事項(xiàng)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(huì)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(huì)縮短。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(jià)格相差很大，現(xiàn)行的純白色LED價(jià)格特貴。同時(shí)發(fā)光視角不同，光效亦不同，使用時(shí)特需注意。常見的LED電性能參數(shù)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(duì)于同種顏色的LED，其正向壓降和光強(qiáng)也不是完全一致的。如下表：LED型號(hào)：54HCA發(fā)光顏色 外觀顏色 波長(zhǎng)久D(nm)正向電壓VF 亮度Iv(mcd)IF=20mAMin.Max.紅色水透明620~6451.82.2500~10000黃綠色水透明570~5751.82.2500~3000黃色水透明585~5951.82.2500~10000藍(lán)色水透明455~4753.03.4500~10000綠色水透明515~5353.03.42000~20000藍(lán)綠色水透明490~5153.03.42000~20000白色水透明3.03.43000~25000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)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：IRW10〃A。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(jì)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(jì)的電路使每個(gè)LED分擔(dān)電壓或電流過高就會(huì)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。溫度特性LED的焊接溫度應(yīng)在250°C以下，焊接時(shí)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。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。防靜電特性LED裝配過程中必須加強(qiáng)防靜電措施，因?yàn)椴僮鬟^程和人體本身都會(huì)產(chǎn)生靜電，對(duì)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(bào)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。五、LED連接電路的常見形式串聯(lián)：這種電路需要電源提供較高的電壓。V總二各LED的VF之和二VF1+VF2+VF3+VF4 +VFNI總二單顆LED的IF值并聯(lián)：這種電路需要電源能提供較高的電流。V總二單顆LED的VF值I總二各LED的IF之和=IF1+IF2+IF3+IF4 +IFN串聯(lián)/并聯(lián)組合a、 在實(shí)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(gè)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(huì)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;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?。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(huì)增加電能的損耗及元件溫度升高。六、電源的分類及特性1、按驅(qū)動(dòng)方式可分為兩大類：(1)恒流式：a、 恒流驅(qū)動(dòng)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(dòng)電路驅(qū)動(dòng)LED是較為理想的，但相對(duì)而言價(jià)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(xiàng)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(dòng)電路驅(qū)動(dòng)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(huì)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(dòng)使用時(shí)，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(dòng)的影響，電源效率低、可靠性低。（見圖一）（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。（見圖二）（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。（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。（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(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)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。從以上介紹可以看出PWM控制方式設(shè)計(jì)的LED電源是比較理想的LED電源。目前珠海市南宇星電子公司生產(chǎn)的“金興”牌LED開關(guān)電源就是PWM控制技術(shù)的開關(guān)電源，該類LED電源經(jīng)用戶使用反映效果很好。七、工程中的簡(jiǎn)易計(jì)算方法由已知電源功率計(jì)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(gè)LED?依以上公式（即取所得數(shù)據(jù)的整數(shù)）對(duì)于恒壓驅(qū)動(dòng)方式：由已知的輸出電源電壓計(jì)算每支路串聯(lián)LED數(shù)量及并聯(lián)支路數(shù)（1） 計(jì)算每條支路的LED個(gè)數(shù)公式：（最大值）（2） 計(jì)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(dòng)LED時(shí)，為了控制電流，通常需要串聯(lián)電阻器。例：一個(gè)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