led電路知識(shí)

LED是英文單詞Light Emitting Diode的縮寫，意思為發(fā)光二極管，是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光，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(wú)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(lái)的LED壽命上限將無(wú)窮大。

大功率，指發(fā)光工率大，一般指0.5W，1W 3W 5W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?，F(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(méi)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(wàn)多兩萬(wàn)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(méi)關(guān)系，而亮度和流明值有關(guān)

來(lái)看幾個(gè)概念：

1.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

2.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℃)時(shí)，垂直于黑體(其表面積為1m2)方向上的60萬(wàn)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

3.什么叫做光通量?光通量的單位是什么?

答：光通量(φ)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(jué)者(人能感覺(jué)出來(lái)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(guò)的光通量，由于整個(gè)球面面積為4πR2，所以一流明光通量等于一燭光所發(fā)出光通量的1/4π，或者說(shuō)球面有4π,因此按照流明的定義可知一個(gè)cd的點(diǎn)光源會(huì)輻射4π流明，即φ(流明)=4πI(燭光)，假定△Ω為很小的立體弧角，在△Ω立體角內(nèi)光通量△φ，則有△φ=△ΩI

4.一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(1 lm/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=10.76 lux

5.一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)

6. 1 lux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

7.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(shuō)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

8.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)=I(光度)/r2(距離平方)

9.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(wú)關(guān)

從上面可以推出：

1L=cd/m⒉)=1LM/sr×m2

也就是說(shuō)，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(shuō)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(wàn)小時(shí)。實(shí)際在使用過(guò)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(méi)有明確的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)用來(lái)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(lái)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(guò)流過(guò)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(guò)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)

1.光電特性：

LED在其電流極限參數(shù)范圍內(nèi)流過(guò)LED的電流越大，它的發(fā)光亮度越高。即LED的亮度與通過(guò)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。

2. 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(jué)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。

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3.常見的LED電性能參數(shù)

(1)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)：5 4HCA

發(fā)光顏色 外觀顏色 波長(zhǎng)λD(nm) 正向電壓VF 亮度Iv(mcd)

IF=20mA

Min. Max.

紅色 水透明 620~645 1.8 2.2 500~10000

黃綠色 水透明 570~575 1.8 2.2 500~3000

黃色 水透明 585~595 1.8 2.2 500~10000

藍(lán)色 水透明 455~475 3.0 3.4 500~10000

綠色 水透明 515~535 3.0 3.4 2000~20000

藍(lán)綠色 水透明 490~515 3.0 3.4 2000~20000

白色 水透明 3.0 3.4 3000~25000

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)

(2)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40 mA 或350 mA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：IR≤10μA。

(3)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(guò)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(guò)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。

4. 溫度特性

(1)LED的焊接溫度應(yīng)在250℃以下，焊接時(shí)間控制在3~5S之間。要注意避免LED溫度過(guò)高從而使芯片受損。

(2)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。

5. 防靜電特性

LED裝配過(guò)程中必須加強(qiáng)防靜電措施，因?yàn)椴僮鬟^(guò)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

1.串聯(lián)：這種電路需要電源提供較高的電壓。

V總=各LED的VF之和=VF1+VF2+VF 3+VF 4------+VF N

I總=單顆LED的IF值

2. 并聯(lián)：這種電路需要電源能提供較高的電流。

V總=單顆LED的VF 值

I總=各LED的IF之和=IF1+IF2+IF3+IF4------+IFN

3. 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(guò)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;

4. 為了能有效控制電路中的電流，須在電路中配置適當(dāng)?shù)南蘖麟娮琛?/p>

R=(V輸入電壓-VLED總電壓)/I(流過(guò)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。

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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(lái)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(guò)電容降壓，在閃動(dòng)使用時(shí)，由于充放電的作用，通過(guò)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(guò)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(guò)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

1. 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))

2. 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DC 24V,功率為10W電源，使用額定正向電流20mA，耗散功率為70mW額定的正向電壓為1.8V?？膳渲枚嗌賯€(gè)LED呢?

依以上公式可以得出

(即取所得數(shù)據(jù)的整數(shù))

即可以帶10組支路，每支路14個(gè)LED串聯(lián)構(gòu)成的電路，共140個(gè)LED。

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3. 對(duì)于恒流驅(qū)動(dòng)方式：由已知的電源輸出電流及LED的電流值計(jì)算出并聯(lián)支路數(shù)及每支路數(shù)量

(1)計(jì)算并聯(lián)的支路數(shù)公式： (最小值)

(2)計(jì)算支路串接LED個(gè)數(shù):

注：其中n按(7-1)計(jì)算

例：一個(gè)額定輸出電流為DC 0.35A，額定功率為10W電源，驅(qū)動(dòng)耗散功率為70mW，正向電流為0.02A的LED，可怎樣配置?

依以上公式可以得出

并聯(lián)支數(shù)路：

(即取所得數(shù)據(jù)的整數(shù))

每支路串接數(shù)：個(gè)數(shù)

即可以帶17組，每組8個(gè)LED串接，共136個(gè)LED。

4. 線路損耗及線路壓降的計(jì)算

P電線=I R V電線=IR

R電線=σ (備注：L為電線長(zhǎng)度;S為電線橫截面積;σ為電線電導(dǎo)率)也可以查電工手冊(cè)。

例：用長(zhǎng)度為10米(正、負(fù)極電線各5米)，

LED(發(fā)光二級(jí)管)的參數(shù)有額定電壓，額定電流，而且對(duì)電壓和電流的要求是非常敏感的，低于額定亮度會(huì)明顯變暗，高于額定則縮短壽命，買LED的時(shí)候一定要向商家問(wèn)清以上參數(shù)，如果只知道額定電壓可以通過(guò)加入額定電壓后用電流表測(cè)量，市面上普通的高亮LED一般有10毫安和20毫安的。

下面以一個(gè)額定電壓2V，電流20毫安的LED接到5V電源上為例，說(shuō)說(shuō)串聯(lián)怎樣電阻才能達(dá)到亮度和壽命的平衡，R=U/I 串的電組等于電壓除電流，因?yàn)轭~定是2V，所以電阻上需要分壓3V，因?yàn)轭~定電流是20毫安，這樣就能計(jì)算出R=3V/0.02安=150歐