白色發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)方法及其驅(qū)動(dòng)電路

崔世瑤

摘 要：發(fā)光二極管簡(jiǎn)稱LED，當(dāng)電子與空穴復(fù)合時(shí)能輻射出可見(jiàn)光，因而可以用來(lái)制成發(fā)光二極管。常用的發(fā)光二極管應(yīng)用電路有四種，即直流驅(qū)動(dòng)電路、交流驅(qū)動(dòng)電路、脈沖驅(qū)動(dòng)電路、變色發(fā)光驅(qū)動(dòng)電路。白色發(fā)光二極管，可以廣泛的被應(yīng)用于電動(dòng)車輛、汽車的電子系統(tǒng)以及通用性的照明器具。白色光源的白色LED，也就是白色的發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)方式，主要強(qiáng)調(diào)其驅(qū)動(dòng)電路和負(fù)載白色LED的連接驅(qū)動(dòng)方式搭配之間的關(guān)鍵點(diǎn)。大功率的發(fā)光二極管要求配備的驅(qū)動(dòng)集成電路具有其獨(dú)特的產(chǎn)品特點(diǎn)，在技術(shù)規(guī)格方面的要求也是比較高的。

關(guān)鍵詞：白色發(fā)光；二級(jí)管；驅(qū)動(dòng)方法；驅(qū)動(dòng)電路

引言

在提倡綠色、環(huán)保和可持續(xù)性發(fā)展能源供應(yīng)的今天，白色光源的發(fā)光二極管，作為非常獨(dú)特的綠色照明能源，被譽(yù)為是心儀的具備省電高效，長(zhǎng)壽命，耐震動(dòng)響應(yīng)速度較快，而且光電特性非常優(yōu)異的照明光源，其應(yīng)用范圍之廣泛受到了人們的青睞。目前電動(dòng)車的普及以及汽車電子系統(tǒng)的大量應(yīng)用，需要可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)照明光源的白色LED。這就使得白色發(fā)光二極管成為了照明新光源的優(yōu)選方案，尤其是在應(yīng)用白色發(fā)光二極管的過(guò)程中，不同的連接驅(qū)動(dòng)方式搭配不同的驅(qū)動(dòng)電路，其發(fā)揮的功效是非常不同的。

1.常見(jiàn)白色發(fā)光二極管應(yīng)用電路概述

發(fā)光二極管簡(jiǎn)稱LED，采用砷化鎵、鎵鋁砷、和磷化鎵等材料制成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)為一個(gè)PN結(jié)，具有單向?qū)щ娦浴０l(fā)光二極管的外形有：圓形、長(zhǎng)方形、三角形、正方形、組合形、特殊形等。常用的發(fā)光二極管應(yīng)用電路有四種，即直流驅(qū)動(dòng)電路、交流驅(qū)動(dòng)電路、脈沖驅(qū)動(dòng)電路、變色發(fā)光驅(qū)動(dòng)電路。使用LED作指示電路時(shí)，應(yīng)該串接限流電阻，該電阻的阻值大小應(yīng)根據(jù)不同的使用電壓和LED所需工作電流來(lái)選擇。發(fā)光二極管的壓降一般為1.5-2.0 V，其工作電流一般取10～20 mA為宜。目前的白色發(fā)光二極管技術(shù)發(fā)展非常迅速，技術(shù)水平日益成熟，白色發(fā)光二極管的應(yīng)用范圍是非常普及和廣泛的，很多產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)畫面，節(jié)能的功耗作用獲得了大家的認(rèn)可。一個(gè)非常重要的內(nèi)容就是，在其應(yīng)用的過(guò)程中，其驅(qū)動(dòng)程序的選擇是比較嚴(yán)格的，精細(xì)要求驅(qū)動(dòng)程序的使用，對(duì)于LED設(shè)備和器件的使用提出了比較高的要求。目前LED應(yīng)用遍及電子學(xué)應(yīng)用的幾乎各個(gè)領(lǐng)域，其發(fā)光強(qiáng)度，光和色的處理以及通斷控制的變化，由于預(yù)估性并不是非常準(zhǔn)確，因此人們往往默認(rèn)將LED驅(qū)動(dòng)器成為1對(duì)1的伺服器件，白色發(fā)光二極管的家族因此而變得非常龐大。如果默認(rèn)要提供非常穩(wěn)定的恒電流和恒電壓，那么在普遍的商業(yè)應(yīng)用中，就變得更具有可行性，發(fā)光二極管的核心是IC的集成化應(yīng)用，在構(gòu)建不同種類的發(fā)光二極管應(yīng)用方案是小到手機(jī)顯示屏的背光，大到大型燈光驅(qū)動(dòng)和室外的廣告LED顯示屏、LED大功率路燈等等，其驅(qū)動(dòng)要求都是非常不同的，需要有專業(yè)的公司擔(dān)當(dāng)。

2.白色LED的驅(qū)動(dòng)方式以及驅(qū)動(dòng)電路類型的概述

由于白色LED半導(dǎo)體二極管，可以把電能轉(zhuǎn)化為光能，而發(fā)光的二極管與普通的二極管一樣，由一個(gè)PN結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦?。?dāng)給發(fā)光二極管加上正向電壓后，從P區(qū)注入到N區(qū)的空穴和由N區(qū)注入到P區(qū)的電子，在PN結(jié)附近數(shù)微米內(nèi)分別與N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復(fù)合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。這就要求其驅(qū)動(dòng)電路和驅(qū)動(dòng)線路的選擇根據(jù)不同的細(xì)節(jié)而發(fā)生不同的變化。

2.1 并聯(lián)連接驅(qū)動(dòng)方法

白色LED并聯(lián)連接驅(qū)動(dòng)方法，要求白色LED驅(qū)動(dòng)電路輸出較大的電流，這就使其負(fù)載的電壓相對(duì)較低，可以在白色LED照明器件的兩端提供幾乎相同的電壓。白色LED的正向?qū)妷壕哂袠O強(qiáng)的離散性研究者認(rèn)為當(dāng)離散性更大的時(shí)候，如果采用全部等值的負(fù)載電阻，那么通過(guò)各個(gè)白色LED的電流將非常不一致。這就導(dǎo)致了每個(gè)白色的LED發(fā)出的亮度將會(huì)非常的不均勻，逐漸的改變負(fù)載電阻的電阻值。限流電阻R可用下式計(jì)算：

R=（E-UF）/IF

在逐個(gè)的改變負(fù)載電阻的電阻值之后，白色的LED發(fā)出的亮度將是一致的，這就達(dá)到了白色電源照明或者其他應(yīng)用的需求，但是在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，人們發(fā)現(xiàn)白色的LED發(fā)出的電量和亮度，如果想要達(dá)到盡可能的均勻，不太可能每一個(gè)逐個(gè)的改變負(fù)載電阻的阻值，這種改變方式相對(duì)是太過(guò)理想化的，并不很現(xiàn)實(shí)。因此，人們考慮使用穩(wěn)壓器的方式，也就是采用穩(wěn)壓式的驅(qū)動(dòng)器，常見(jiàn)的有穩(wěn)壓式的開關(guān)電源電路，當(dāng)其中一個(gè)白色的LED損壞或者斷開的時(shí)候，驅(qū)動(dòng)電路所輸出的電流將逐漸的減小，這就不會(huì)影響其他的白色LED正常工作。在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，人們發(fā)現(xiàn)采用這種并聯(lián)連接驅(qū)動(dòng)白色LED非常實(shí)用，而如果采用橫流式的白色LED驅(qū)動(dòng)電源，輸出電流長(zhǎng)期不變，分配給其他的白色LED電流逐漸增大之后，自然會(huì)損害所有的白色發(fā)光二極管。研究者總結(jié)為：采用功率型白色LED做并聯(lián)負(fù)載，此時(shí)不能選用橫流式的驅(qū)動(dòng)電源，而應(yīng)該選用并聯(lián)連接驅(qū)動(dòng)方式連接的電源。

2.2 串聯(lián)連接驅(qū)動(dòng)方式的電源

白色LED串聯(lián)連接驅(qū)動(dòng)，一般是使用白色LED驅(qū)動(dòng)電路輸出較高的電壓，這樣就可以保證白色發(fā)光二極管在驅(qū)動(dòng)電路輸出較高電壓的時(shí)候，盡可能的分配一致性差別較大的電壓，當(dāng)分配在不同的白色發(fā)光二極管兩端時(shí)，雖然經(jīng)測(cè)量電壓數(shù)有所不同，但是每個(gè)LED的電流都是相同的。通過(guò)每個(gè)LED的電流由于是接近相同的狀態(tài)，因此，使得各個(gè)白色LED的電量亮度等等是一致的。在大型民用和商用的串聯(lián)連接驅(qū)動(dòng)白色發(fā)光二極管的方法中，人們考慮忽略白色LED正向?qū)妷旱碾x散性。當(dāng)通過(guò)白色LED的正向電流一致的時(shí)候，各個(gè)電流的白色發(fā)光二極管亮度是一致的。在實(shí)際的使用指向中，串聯(lián)連接驅(qū)動(dòng)采用橫流式的白色發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)電路，這樣的串聯(lián)回路，可以使得白色發(fā)光二極管發(fā)生短路時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路輸出的電流保持恒定不變的狀態(tài)，同樣的不會(huì)影響到其他剩余的白色LED正常工作。研究者同樣發(fā)現(xiàn)，在這種情況之下是不應(yīng)該選擇偉亞是驅(qū)動(dòng)的，一般人們?cè)谶@個(gè)時(shí)候不會(huì)使用阻容降壓方式的電路，否則有可能使得驅(qū)動(dòng)電路輸出的電壓保持橫杠不變，分配在其他剩余白色LED兩端的電壓將持續(xù)升高，損壞余下的所有白色發(fā)光二極管。研究者總結(jié)為：當(dāng)串聯(lián)在一起的白色LED電路，使用正向?qū)妷簳r(shí)，白色LED正向?qū)妷嚎梢圆捎谬R納管并聯(lián)的方式來(lái)解決每個(gè)白色LED兩端的供電驅(qū)動(dòng)需求。

2.3 混聯(lián)連接驅(qū)動(dòng)方式的電源

采用串聯(lián)和并聯(lián)相連接的方式，也就是目前最為常用的或連接的方式，這種驅(qū)動(dòng)的方式能夠更好的滿足人們多元化的渠道需求。在實(shí)際使用的過(guò)程中，人們往往為了獲得更加具有高亮度的照明效果，使用多個(gè)白色的二極管組成劣質(zhì)的形式，這種劣質(zhì)的形式能夠具有更強(qiáng)的穩(wěn)定性，變頻驅(qū)動(dòng)的方式和串聯(lián)驅(qū)動(dòng)的方式連接了所有的白色LED光源。白色LED的驅(qū)動(dòng)電路具有較高的輸出電壓，采用串聯(lián)驅(qū)動(dòng)的方式將所有的發(fā)布二極管串聯(lián)連接，白色發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)電路就可以提供非常強(qiáng)大而足夠的輸出電流。在實(shí)際使用的過(guò)程中，研究者發(fā)現(xiàn)，如果采用混連連接的方式來(lái)連接驅(qū)動(dòng)的白色LED，可以解決電路成本突然增大的問(wèn)題，也可以解決白色發(fā)光二極管使用數(shù)量被限制的問(wèn)題。采用混合連接的形式，使得通過(guò)每一串每一顆白色，發(fā)光二極管的電流都可以相同，幾乎可以做到99%程度的白色發(fā)光二極管亮度一致，通過(guò)每串白色發(fā)光二極管的電流類似性，使用穩(wěn)定維亞的驅(qū)動(dòng)方式來(lái)保證恒定電流的驅(qū)動(dòng)方式。當(dāng)白色LED斷開之后，采用穩(wěn)壓式的驅(qū)動(dòng)方法，將不會(huì)影響到其他的白色LED正常發(fā)光。使用分配在余下白色LED電壓過(guò)程中，混合連接的方式來(lái)進(jìn)行分組并聯(lián)，就可以將每一種串聯(lián)在一起，甚至可以滿足大功率發(fā)光驅(qū)動(dòng)的IC二極管發(fā)光需求。

3 結(jié)論

白色發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)電路必須要與負(fù)載的連接選擇白色發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)電路的類型根據(jù)實(shí)際使用時(shí)的連接方式來(lái)確定。高亮度的白色發(fā)光二極管和大功率的驅(qū)動(dòng)集成電路應(yīng)用，是目前現(xiàn)代綠色發(fā)光和照明電源的首選，成為了很多電動(dòng)車和汽車電子系統(tǒng)，通用照明系統(tǒng)選擇優(yōu)化新光源時(shí)的備選方案，新型驅(qū)動(dòng)集成電路的問(wèn)世，使得白色發(fā)光二極管的應(yīng)用將會(huì)變得越來(lái)越廣闊。

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