LED的基本特性及其工作条件

     LED照明系统是上个电光转换系统，其电光转换过程从供电部分开始，依次包括原始电源（“动力源泉”）、电源管理与变换、传感与控制、驱动器、热管理、LED及其混光、散射和光学提取等部分。其中，由原始电源（如电池）和控制与驱动电路组成的LED供电系统是LED工作的必要条件。LED的供电系统从广义上讲就是LED的“电源”。

　　1.LED的基本特性

　　LED是一种电光转换器件，它本身并不发光，只有在施加适当电压和通以适当电流时才能发光。

　　为使LED正常工作，必须了解其基本特性。LED具有多方面的特性，其中最主要的特性有以下几点：

　　①LED像普通二极管一样，是一个含有PN结的半导体器件，具有单向导电性。

　　②LED有一个门限电压，只有加在LED两端的电压高于这个门限电压时，LED才会导通。普通硅二极管的导通门限为0.5～0.7V，而LED的门限电压通常为1.5～3.5V。LED的门限电压和正常工作时的正向电压降与LED的光色有关，红光、绿光、黄光等LED的正向电压降（VF）通常为.4～2.6V，而白光LED的正向电压降通常为3～4．2V。

　　③LED具有非线性的伏一安特性曲线，通过LED的电流与加在它两端的电压不成正比关系。

　　④LED的光通量输出随流过LED电流的增大而增加，但不成正比。当光通量增加到一定程度后，其随电流增加而增加的量很少，呈明显变缓之趋势。

　　⑤LED是一种对温度比较敏感的器件，当其结温升高时，光输出将减少，正向电压也会降低。

　　⑥即使是同一型号甚至是同一批次生产的LED器件，其参数的离散性也较大。

　　2. LED的基本工作条件

　　LED是一种电流驱动的低电压单向导电器件，为保证LED正常工作，必须满足以下几个方面的基本要求。

　　（1）输入直流电压必须不低于LED的正向电压降，否则，LED不会导通而发光。

　　（2）采用直流电流或单向脉冲电流驱动，当驱动并联的LED或LED串时，要求恒流而不是恒压供电。

　　图1给出了随机抽取的6只白光LED（其中A商标和B商标各3只）的正向电流IF随正向电压TIE变化的关系曲线。如果用恒定电压驱动这6只（相并联）LED，它们之间的正向电流相差较大，例如用3．4V驱动，正向电流范围为l 0～44mA，这就使得各只LEDˉ的亮度和色度存在较大的差异。

　　LED所允许的额定电流（30mA）随温度的升高而减小，如图2所示。由该图可知，当环境温度升至50C时，额定电流降至20mA，在此情况下，为防止LED烧毁，驱动电流必须限制在20mA之内。因此，为避免LED的驱动电流超过最大额定值，影响其可靠性，同时为获得预期的亮度要求，保证各个LED亮度和色度的一致性，应采用恒定电流驱动方式，而不是恒压方式。

图1 6只白光LED的正向电流随正向电压变化的关系曲线

图2 自光LED额定电流随温度变化的特性曲线

　　当LED被用作闪光灯时，也可以采用正向脉冲来驱动 LED。

　　（3）为防止LED损坏，应对流过LED 的电流加以限制。目前实现LED电流限制的方法主要有3种，每种方法都有优点和缺点，见表1。

表1 3种LED 电流限制方法比较（白光LED：VF=4V， IF=350mA，ViN=12V ）

（4）由于LED电流与其光能量之间的非线性关系，LED应在光效比较高的电流值下工作。

　　（5）大功率LED最好加设散热器，以防止器件过热而损坏。

　　总而言之，为正确使用LED，保证其正常工作，必须为其提供合适的工作条件。