LED及其驅動電路設計基礎

　　前言

　　照明伴隨著人類文明的發展已經有幾千年的歷程。從最原始的鉆木取火到種類繁多的各種光源，如白熾燈、鹵素燈、日光燈、節能燈、LED燈等等，照明產品不斷向著高效、節能、環保、高科技方向發展。LED的誕生和發展為人類照明提供了高質量、絢麗多彩的光環境。它被廣泛的應用于民用照明、工業照明、醫療照明、汽車照明等不同領域。隨著LED在各個領域的不同應用需求，LED驅動電路也在不斷進步和發展。本文針對LED和LED驅動電路設計作了相應的介紹、分析和展望。

　　LED 和傳統光源相比較的特點

　　相對于傳統光源，LED具有顯著的優勢：

　　LED發光是由電能直接轉換成光的過程。比較起傳統光源，如白熾燈先由電能轉化為熱能，然后再由熱能轉化成光能的發光的發光過程，LED具有高光效，節能的優勢，此外在適當的驅動條件下，LED燈具有壽命長等特點。

　　LED具有發光響應塊，光源造型多變，色彩控制靈活的優點。

　　LED和傳統光源相比具有良好的低溫特性。

　　LED和傳統光源相比，不存在諸如水銀、鉛等環境污染物，因此更加綠色環保。

　　盡管LED比較起傳統光源具有名顯優勢，但是目前LED燈成本較高，驅動電路設計、光學系統、機械設計比較復雜。

　　LED 發光原理

　　LED–Light Emitting Diode發光二極管，是一種能發光的半導體電子元件。LED發光是一種注入式電致發光。當給發光二極管加上正向電壓后，從P區注入到N區的空穴和由N區注入到P區的電子，在PN結附近數微米內分別與N區的電子和P區的空穴復合，產生自發輻射的熒光。不同的半導體材料中電子和空穴所處的能量狀態不同。當電子和空穴復合時釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發出的光的波長越短。而光的波長決定了光的顏色。

　　發光波長：

　　式中：h—普朗克常數； c—光速；—半導體的禁帶寬度。

　　LED 發光原理如圖1所示：

　　圖1 LED 發光原理

　　LED 結構

　　LED基本機構包括LED芯片、電極、焊接線，以及構成LED整個封裝機械部件和光學部件如LED芯片支架、透鏡、硅膠、環氧樹脂、熒光粉等。

　　LED分為單芯片封裝，多芯片封裝產品。隨著科技的發展部分保護元件或部分LED驅動電路元件也和LED芯片一同封裝。

　　單芯片LED 基本結構如圖2，圖3所示：

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　　圖2 SMD封裝 LED結構　　???? 圖3 插件封裝 LED結構

　　LED 主要參數

　　電參數

　　最大正向工作電流IF：是指LED正常工作情況下，允許加在LED的最大的正向電流值。

　　最大浪涌電流IFM：允許加在LED的最大的浪涌電流值。

　　正向工作電壓VF：是在給定的正向電流下得到的二極管正向工作電壓。

　　最大反向電壓VR：LED PN結所允許的最大反向電壓。

　　額定功率PD：允許加于LED兩端正向直流電壓與流過它的電流乘積的最大值。

　　光學參數

　　峰值發射波長p：光譜輻射功率最大的值所對應的波長。

　　光譜半波寬Δλ：峰值發射波長的輻射功率的1/2所對應兩波長的間隔。

　　光通量Φv：通過發光二極管的正向電流為規定值時，器件光學窗口發射的光通量。

　　光強：點光源在給定方向上，單位立體角內發出的光通量，單位坎德拉（Cd）。

　　半值角θ1/2和視角：θ1/2是指發光強度值為軸向強度值一半的方向與發光軸向（法向）的夾角。半角值二倍為視角（半功率角）。

　　色度坐標x、y、z：1931CIE-XYZ系統，就是在RGB系統的基礎上，用數學方法，選用三個理想的原色來代替實際的三原色。從而將CIE-RGB系統中的光譜三刺激值 和色度坐標r、g、b均變為正值。

　　顯色指數CRI：與標準的參考光源相比較，一個光源對物體顏色外貌所產生的效果。換句話說，CRI是一個光源與標準光源（例如日光）相比較下在顏色辨認方面的一種測量方式。

　　色溫TC（Color Temperature）：光源的光輻射所呈現的顏色與在某一溫度下黑體輻射的顏色相同時，稱黑體的溫度（TC）為光源的色溫度。