LED技术的特点-设计应用

精品文档-下载后可编辑LED技术的特点-设计应用发光二极管(LED)现在已经取代了大多数其他照明技术。由于其多功能性、低成本和效率，LED现在可用于任何类型的应用中不同的情况：状态指示器、LCD显示器的背光以及传统或大气照明都是现在更方便的领域（经济上而不是技术上）使用LED而不是传统的发光源。让我们来看看将LED作为光源标准的特性以及相关类型的应用。LED的物理学LED是一种以二极管为基础的有源半导体电子元件。“发光二极管”一词强调了这项技术不过是一种具有几何和物理特性的pn结，旨在利用半导体的电致发光效应。事实上，通过用大于阈值（或正向）电压的足够电压直接偏置pn结，结附近的电荷会从一个能级移动到另一个能级；当空穴和电子复合时，如果释放的能量足够高，就会发射光子，其频率（因此，颜色）和发光强度取决于材料的物理特性和施加在器件上的电压水平。这是彩色LED背后的基础，除了发出的光的颜色外，触发电流的小阈值电压还取决于器件的半导体类型；用于实现LED的常用材料是AlGaAs、GaAlP、GaAsP、SiC、GaN、GaP、Si和C。LED设备的驱动LED是电流驱动的电子元件。为此，必须始终在驱动电路中提供限流电阻，否则组件看到的电阻将是结本身的内部电阻；不限制电流会冒着损坏组件和从一个设备到另一个设备的行为偏差的风险。图1显示了驱动LED的基本方案。在该电路中，向MOSFET的基极提供正电压，触发漏极和源极之间的电流流动，从而导通漏极上的LED。请注意限流电阻的存在。假设组件的佳正向电流为If、阈值电压Vth和LED的电源电压Vin，则限流电阻的大小计算为R=(Vin–Vth)/If。例如，用作电源状态指示器的经典LED可以具有Vth=1.8V和If=20mA；假设为电路提供电压Vin=5V，限流电阻的值R=(5–1.8)/0.02=160Ω。

图1：LED驱动器基础电路

当通过微控制器进行驱动时使用所提出的方案；在这种情况下，始终建议采用能够承受LED正向电流的晶体管（或类似组件）：如果该组件直接连接到微控制器的GPIO，则有损坏芯片的风险（由于危险的电流）将非常高。显然，如果需要驱动大功率LED（甚至可以吸收超过3W或5W的功率），则必须采用与所需电流一致的驱动器。在这方面，赛普拉斯PowerPSoC系列微控制器值得注意，因为它能够直接在芯片中为功率MOSFET供电，这对于通过小化周围电路来驱动功率LED非常有用。使LED在照明领域流行的一个特性无疑是利用脉宽调制技术来实现调光的可能性，即提高或降低LED中流动的电流（因此，检查其光通量）。该技术包括应用具有可变占空比的方波的控制信号：因此，所使用的电流将与所应用波的时间Ton成正比，从而允许对LED的亮度进行电子控制。

图2：PWM操作显然，如果需要的亮度控制，应用极其简单的PWM技术可能无效；事实上，请记住，因为LED在所有方面都是二极管，其电压/电流特性是非线性的，因此，通过修改占空比获得的电流变化也是非线性的。为了克服这个缺点，有必要使用专门设计的LED驱动器来提供针对比例电压信号的恒定电流。该解决方案避免了发光组件的连续开关循环，提高了设备的持续时间和发出的光的质量，因为它不会闪烁。LED的常见应用如上所述，LED的用途非常广泛，这也是因为有多种类型可供选择。按照耗散功率（也就是产生的光通量）来分类，我们基本上可以找到三种类型的LED：低功率LED、高亮度LED和功率LED。小功率LED的典型正向电流为15mA，在电子设备中用作状态指示灯（开机指示灯、连接状态、设备间通讯指示灯等）。他们的使用是经典老的，他们的封装都是PTH和SMD。对于这种类型的设备，照明角度不是必需的。高亮度LED的典型正向电流范围为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显示器和LCD面板中的背光。后者极大地促进了LED的普及，因为现代电视的大多数LCD面板都采用LED背光。功率LED具有100mA以上的正向电流。不难想象，与其他两类设备相比，此类设备的成本要高得多，其热特性需要仔细设计设备的冷却方法。功率LED的典型应用无疑是功能性和氛围性照