浅谈LED光源的应用

LED照明行业是一个新兴的行业，以其独特的优势受到人们的青睐。如今，在光电工程中，提高光效、节能和高可靠性已经成为人们的共同目标。当我们讨论和使用LED光源时，我们会想到LED的特点，比如寿命长、节能、亮度高。正是因为如此，LED光源才流行起来。LED光源虽然有以上优点，但并没有人们说的那么神奇。只有配备合适高效的LED电源，电路设计合理，防静电措施完善，安装工艺正确，才能充分发挥LED光源的优势。

二、对LED寿命的认识

在理想条件下，LED的使用寿命一般认为是10万小时。在实践中，其光强会随着使用时间的延长而逐渐下降，即电能转化为光能的效率会逐渐降低。我们真正可以使用的有效光强范围，应该定义为光效率衰减到初始光强的70%以上，逐渐下降到70%的时间段。目前还没有明确的标准来衡量。而且，LED的使用寿命直接关系到其芯片的质量、封装技术和工艺。根据某LED封装厂的测试数据，部分芯片在20mA持续点亮4000小时后，亮度衰减已经达到50%。但是随着技术和工艺的提高，光衰减的时间越来越慢，也就是寿命越来越长。

三、LED的节能性和可靠性

LED是一种电流控制元件，通过流动的电流直接将电能转化为光能，所以也叫光电转换器。因为没有摩擦损耗和机械损耗，所以比普通光源节能更高效。但LED光源不能像普通光源那样直接使用栅极电压。必须配备电压转换装置，提供额定电压和电流后才能正常使用，即LED专用电源。但是不同LED电源的性能和转换效率是不一样的，所以选择一款合适高效的LED专用电源才能真正体现LED光源的高效特性。由于低效率的LED电源本身需要消耗大量的电能，LED的高效节能特性在LED的使用过程中无法体现出来。而且LED电源还必须是高可靠性的电源，这样LED光源系统才能有较长的寿命。

四、LED的基本特性及使用时的注意事项

1.光电特性:

在其限流参数范围内流经LED的电流越大，其发光亮度越高。也就是说，发光二极管的亮度与通过发光二极管的电流成正比。但是绿光、蓝光和白光在大电流下会饱和，不仅大大降低了发光效率，而且缩短了使用寿命。

2.光学特性

LED按颜色分为红、橙、黄、绿、蓝、紫、白。根据亮度，有一般亮度、高亮度、超亮度等。同一芯片在不同的封装方式下亮度不同。根据人类的视觉，它可以分为可见光和不可见光。根据发光颜色，可分为单色、双色、多彩等类型。颜色的纯度差异很大，目前的纯白LED非常贵。同时发光角度不同，发光效率不同，使用时要特别注意。

3.常见的发光二极管电气性能参数

(1)发光二极管直流电压

不同颜色的LED在额定正向电流条件下有不同的正向压降值，红色和黄色为1.8~2.5V，绿色和蓝色为2.7~4.0V。对于相同颜色的LED，正向压降和光强不完全一致。下表:

发光二极管的类型:5 4HCA

发光颜色外观颜色波长λD(nm)直流电压VF亮度Iv(mcd)

中频=20mA

值

红色水透明645~660 1.8 2.5 50~300

黄绿色水透明570~575 1.8 2.5 50~300

黄色水透明585~590 1.8 2.5 500~5000

蓝水透明455~475 2.7 4.0 500~7000

绿水透明515~535 2.7 4.0 2000~10000

蓝绿色水透明490~515 2.7 4.0 2000~10000

白水透明-2.7 4.0 3000~15000

在同一电路中，在额定电流条件下，应尽可能使用正向压降相同、光强范围小的LED。只有这样，LED的发光效果才能保持一致。具体的电参数可以基于每个包装工厂提供的产品光谱参数的标签值。(有些公司不同批次的排序不同)

(2)2)发光二极管的额定工作电流

led的额定电流不同，普通led的电流一般为20mA，而大功率led的电流一般为40 mA或350 mA。根据各包装厂提供的当前参数值。

一般当led反向电压为VR=5V时，LED反向电流为IR≤10μA..

(3)发光二极管电源

LED功率从70mW、100mW、1W、2W、3W、5W等不等。

因此，根据选择的LED，需要设计合理的使用电路，配置合适数量的LED，以完全满足LED电源的额定值。如果设计的电路导致每个LED共用过高的电压或电流，将严重影响LED的使用寿命，甚至烧毁LED。如果共享电压或电流太低，受激LED的光强就会不足，无法充分发挥LED应有的效果，达到我们想要的目标。

4.温度特性

(1)1)LED的焊接温度应在250℃以下，焊接时间控制在3~5S之间。要注意避免LED温度过高损坏芯片。

(2)LED的亮度输出与温度成反比，不仅影响LED的亮度，还影响其寿命。使用时尽量减少电路发热，做一些散热处理。

5.抗静电特性

LED组装时必须加强防静电措施，因为操作过程和人体本身都会产生静电，双电极的LED最容易被静电反向击穿，严重影响LED的使用寿命，甚至使其彻底报废。

如果防静电环境不完善，可以为LED用户提供防静电腕带、良好的防静电接地系统、离子风机等设备。

动词 （verb的缩写）发光二极管连接电路的常见形式

1.串联:这个电路需要电源提供更高的电压。

Vtotal =各LED的VF之和= vf1+vf2+vf3+vf4-+vfn

总=单个发光二极管的中频值

2.并联:这个电路需要电源来提供更高的电流。

垂直距离=单个发光二极管的电压值

总=每个发光二极管的中频之和= if1+if2+if3+if4-+IFN

3.串联/并联组合

A.在实际应用中，负载往往采用串并联形成的LED阵列；

B.串联/并联组合连接led，可以大大降低少数led VF不一致带来的影响；

C.如果阵列形式或led数量发生变化，限流电阻也应相应变化。

d、串/并联组合会使输出电流随输入电压、环境温度等因素变化更为显著；

4.为了有效控制电路中的电流，必须在电路中配置合适的限流电阻。

R=(V输入电压-VLED总电压)/I(流经限流电阻的电流)

限流电阻的作用主要是控制LED的电流，使电压更平滑，使各并联支路的亮度更均匀。限流电阻值大比较好，但限流电阻值不能太大，否则会增加电能损耗，增加元器件温度。

不及物动词电源的分类和特点

1、按驾驶方式可分为两类:

(1)恒定流量:

a、恒流驱动电路的输出电流是恒定的，而输出DC电压随着负载电阻值的不同在一定范围内变化。负载电阻值越小，输出电压越低，负载电阻值越大，输出电压越高；

b、恒流电路不怕负载短路，但严禁负载完全开路。

c、恒流驱动电路是驱动LED的理想选择，但价格相对较高。

d、要注意使用的电流和电压，限制了使用的led数量；

(2)稳压型:

a、稳压电路中的参数确定后，输出电压是固定的，而输出电流随着负载的增减而变化；

b、稳压电路不怕负载开路，但严禁负载完全短路。

c、用稳压驱动电路驱动led，每串加上合适的电阻可以使每串led的显示亮度平均；

亮度会受到整流电压变化的影响。

2、按电路结构分类

(1)电阻器和电容器的降压方法:用电容器降压。闪烁使用时，由于充放电的作用，流经LED的瞬时电流极大，容易损坏芯片。它容易受到电网电压波动的影响，导致功率效率低、可靠性低。(见图1)

(2)电阻降压模式:由于电网电压变化带来的干扰，很难做出稳定的电源，降压电阻消耗了很大一部分能量，所以这种供电模式的供电效率很低，系统的可靠性也很低。(见图2)

(3)常规变压器降压方式:电源体积小，重量重，功率效率低，一般只有45% ~ 60%，所以很少使用，可靠性低。

(4)电子变压器降压方式:供电效率低，电压范围不宽，一般为180 ~ 240 v，纹波干扰大。

(5)RCC降压开关电源:稳压范围比较宽，功率效率比较高，一般可以达到70% ~ 80%，应用比较广泛。由于这种控制方式振荡频率不连续，开关频率不易控制，负载电压纹波系数比较大，异常负载适应性差。

(6)PWM控制方式开关电源:主要由输入整流滤波部分、输出整流滤波部分、PWM稳压控制部分和开关能量转换部分四部分组成。PWM开关稳压的基本工作原理是，当输入电压、内部参数和外部负载发生变化时，控制电路通过被控信号与参考信号的差值进行闭环反馈，调整主电路开关器件的脉宽，使开关电源的输出电压或电流稳定(即相应的稳压电源或恒流电源)。电源效率极高，一般可达80% ~ 90%，输出电压和电流稳定。总的来说，该电路保护措施完善，属于高可靠性电源。

从上面的介绍可以看出，采用PWM控制方式设计的LED电源是一种比较理想的LED电源。目前珠海南宇星电子有限公司生产的“金星”LED开关电源是采用PWM控制技术的开关电源，这种LED电源被用户使用后效果良好。

七、工程中的简单计算方法

1.计算已知电源的指示灯数量

(即取所得数据的整数)(7-1)

例:额定输出功率为10W电源，额定正向电流为20mA，耗散功率为70mW时，可以配置多少个led？

根据上述公式

(即取所得数据的整数)

2.对于恒压驱动模式:根据已知的输出电源电压计算每个支路的串联发光二极管和并联支路的数量

(1)计算各支路发光二极管数量的公式:

(2)计算平行分支数量的公式:

注:VLED值根据不同的发光颜色而不同。为了控制电流，在用稳定电源驱动LED时，通常需要串联电阻。

例:额定输出电压为DC 24V，功率为10W的电源，使用额定正向电流为20mA，耗散功率为70mW，额定直流电压为1.8V..可以配置多少个指示灯？

根据上述公式，可以得到(即取所得数据的整数)

也就是说，它可以是10组支路和每个支路中串联14个发光二极管的电路，总共有140个发光二极管。

3.对于恒流驱动模式:由已知的电源输出电流和LED的电流值计算出并联支路的数量和每个支路的数量

(1)计算平行分支数量的公式:(最小值)

(2)计算分支串联的发光二极管数量:

注:其中n根据(7-1)计算

例:额定输出电流DC 0.35，额定功率10W，驱动耗散功率70mW，正向电流0.02A的LED如何配置？

根据上述公式，可以得出结论

并行分支:

(即取所得数据的整数)

每个分支机构的序列号:编号

即每组8个led可以串联17组，共136个led。

4.线损和线路压降的计算

电源线=内部电阻电源线=内部电阻

r导线= σ(注:l为导线长度；s是导线的横截面积；σ是导线的电导率)，也可以查看电工手册。

例:长度为10米(正负线均为5米)且通过电流为2A的铜芯线的功率损耗和线路压降是多少？

根据电工手册，r线= 0.737W

v线= 2×0.737 =1.474V

p线= 2 ×0.737 = 2.948W

从上面的计算可以看出，当线路电流较大时，要注意选择合适的导线截面，否则线损和线路压降都相当大。

只有充分了解LED和LED电源的基本特性，才能正确设计和使用LED光源。