LED技術的特點-設計應用

精品文檔-下載后可編輯LED技術的特點-設計應用發(fā)光二極管(LED)現(xiàn)在已經(jīng)取代了大多數(shù)其他照明技術。由于其多功能性、低成本和效率，LED現(xiàn)在可用于任何類型的應用中不同的情況：狀態(tài)指示器、LCD顯示器的背光以及傳統(tǒng)或大氣照明都是現(xiàn)在更方便的領域（經(jīng)濟上而不是技術上）使用LED而不是傳統(tǒng)的發(fā)光源。讓我們來看看將LED作為光源標準的特性以及相關類型的應用。LED的物理學LED是一種以二極管為基礎的有源半導體電子元件?！鞍l(fā)光二極管”一詞強調(diào)了這項技術不過是一種具有幾何和物理特性的pn結(jié)，旨在利用半導體的電致發(fā)光效應。事實上，通過用大于閾值（或正向）電壓的足夠電壓直接偏置pn結(jié)，結(jié)附近的電荷會從一個能級移動到另一個能級；當空穴和電子復合時，如果釋放的能量足夠高，就會發(fā)射光子，其頻率（因此，顏色）和發(fā)光強度取決于材料的物理特性和施加在器件上的電壓水平。這是彩色LED背后的基礎，除了發(fā)出的光的顏色外，觸發(fā)電流的小閾值電壓還取決于器件的半導體類型；用于實現(xiàn)LED的常用材料是AlGaAs、GaAlP、GaAsP、SiC、GaN、GaP、Si和C。LED設備的驅(qū)動LED是電流驅(qū)動的電子元件。為此，必須始終在驅(qū)動電路中提供限流電阻，否則組件看到的電阻將是結(jié)本身的內(nèi)部電阻；不限制電流會冒著損壞組件和從一個設備到另一個設備的行為偏差的風險。圖1顯示了驅(qū)動LED的基本方案。在該電路中，向MOSFET的基極提供正電壓，觸發(fā)漏極和源極之間的電流流動，從而導通漏極上的LED。請注意限流電阻的存在。假設組件的佳正向電流為If、閾值電壓Vth和LED的電源電壓Vin，則限流電阻的大小計算為R=(Vin–Vth)/If。例如，用作電源狀態(tài)指示器的經(jīng)典LED可以具有Vth=1.8V和If=20mA；假設為電路提供電壓Vin=5V，限流電阻的值R=(5–1.8)/0.02=160Ω。

圖1：LED驅(qū)動器基礎電路

當通過微控制器進行驅(qū)動時使用所提出的方案；在這種情況下，始終建議采用能夠承受LED正向電流的晶體管（或類似組件）：如果該組件直接連接到微控制器的GPIO，則有損壞芯片的風險（由于危險的電流）將非常高。顯然，如果需要驅(qū)動大功率LED（甚至可以吸收超過3W或5W的功率），則必須采用與所需電流一致的驅(qū)動器。在這方面，賽普拉斯PowerPSoC系列微控制器值得注意，因為它能夠直接在芯片中為功率MOSFET供電，這對于通過小化周圍電路來驅(qū)動功率LED非常有用。使LED在照明領域流行的一個特性無疑是利用脈寬調(diào)制技術來實現(xiàn)調(diào)光的可能性，即提高或降低LED中流動的電流（因此，檢查其光通量）。該技術包括應用具有可變占空比的方波的控制信號：因此，所使用的電流將與所應用波的時間Ton成正比，從而允許對LED的亮度進行電子控制。

圖2：PWM操作顯然，如果需要的亮度控制，應用極其簡單的PWM技術可能無效；事實上，請記住，因為LED在所有方面都是二極管，其電壓/電流特性是非線性的，因此，通過修改占空比獲得的電流變化也是非線性的。為了克服這個缺點，有必要使用專門設計的LED驅(qū)動器來提供針對比例電壓信號的恒定電流。該解決方案避免了發(fā)光組件的連續(xù)開關循環(huán)，提高了設備的持續(xù)時間和發(fā)出的光的質(zhì)量，因為它不會閃爍。LED的常見應用如上所述，LED的用途非常廣泛，這也是因為有多種類型可供選擇。按照耗散功率（也就是產(chǎn)生的光通量）來分類，我們基本上可以找到三種類型的LED：低功率LED、高亮度LED和功率LED。小功率LED的典型正向電流為15mA，在電子設備中用作狀態(tài)指示燈（開機指示燈、連接狀態(tài)、設備間通訊指示燈等）。他們的使用是經(jīng)典老的，他們的封裝都是PTH和SMD。對于這種類型的設備，照明角度不是必需的。高亮度LED的典型正向電流范圍為30mA至100mA，可用作弱照明元件（例如人行道指示器），但主要用途是用作段顯示器和LCD面板中的背光。后者極大地促進了LED的普及，因為現(xiàn)代電視的大多數(shù)LCD面板都采用LED背光。功率LED具有100mA以上的正向電流。不難想象，與其他兩類設備相比，此類設備的成本要高得多，其熱特性需要仔細設計設備的冷卻方法。功率LED的典型應用無疑是功能性和氛圍性照