新聞中心

EEPW首頁 > 電源與新能源 > 設計應用 > 高輝度LED的特性與驅動方法

高輝度LED的特性與驅動方法

作者: 時間:2008-04-29 來源: 收藏

一、高輝度的特性

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/81964.htm

1、順向電壓——順向電流特性

圖1是一般高輝度白光與紅光的VF-IF特性,這類具備與一般二極管相同的特性,圖中順向電壓低于1.7V與2.8V以下時,幾乎沒有任何電流流動,不過一旦超過上述兩電壓,電流就開始流動,要使LED點燈的電壓隨著各產品不同,一般需要1.7V~4V左右的電壓。

2、順向電流——相對光度特性

直流驅動時LED的亮度一直到該產品的設計值為止,幾乎與電流呈直線性比例,利用PWM脈沖驅動時,LED的亮度與Duty幾乎呈直線性關系。

圖2是IF=20mA亮度為1時,IF產生的相對光度特性,由圖可知2倍的電流亮度不會變成2倍,主要原因如圖3所示增加電流,LED本身具有自我發(fā)熱特性造成組件溫度上升,換句話說大部份的電能轉換成熱能,實際上使LED點亮的電流與施加的電流并不是2倍關系。

3、順向電流適應值

部份產品除外大多數(shù)高輝度LED的適應順向電流與發(fā)光色無關都設定為20mA,雖然LED的規(guī)格書中并未明確記載,一般該值都被設定成可以充分發(fā)揮LED的性能與可靠性,也就是說規(guī)格書記載的項目,都采用20mA點燈時的數(shù)據(jù)。

LED的IF=20mA時的VF,例如表1白光技術數(shù)據(jù)記載規(guī)定VF在3.6~4V范圍,不過這并不表示“只要是3.6~4V之間,就有20mA的電流流動”,它表示隨著產品各自的差異,即使在該范圍內VF也會有散亂分布現(xiàn)象,即使對同品種LED施加相同電流,各LED的VF值卻不相同,此外還需注意VF對周圍溫度的變動。由此可知同品種LED隨著各LED差異, 會有散亂分布現(xiàn)象,不過它并不表示該LED是不良品或是瑕疵品。

為量測實際LED的VF,電流計與電壓計依照圖3連接,并將電源設備的電壓設定成可以使IF變成20mA,此時施加于LED的電壓變成VF。

接著從相同批次適當取出2個白光LED量測,其結果如圖4(a)、(b)所示,VF值分別是3.7V與3.1V,雖然3.1V低VF LED已經偏離規(guī)格值,不過最近的LED發(fā)光效率提升VF值卻下跌,因此大部份高輝度LED的VF值都低于3V。

二、復數(shù)LED的點燈方法

1、并聯(lián)連接方式

LED的VF各自差異對復數(shù)LED并聯(lián)連接點燈有不良影響,如圖5所示上述已經測試過VF相異的LED并聯(lián)連接施加電壓時,會產生類似圖6亮度極端差異結果,照片右側LED的內部電流接近額定,左側LED的電流只能使LED開始點亮的程度,由此證實電流不均會直接反映在亮度。

雖然直接提高電壓左側LED會變亮,不過右側LED內部流動的電流也會隨著變成過大,進而對LED形成無法復原的傷害,此時為獲得相同亮度因此對兩LED施加相同電流。如圖7所示所謂并聯(lián)連接是將電阻并聯(lián)連接在各LED,藉此調整電流的方式,這種連接方式以往經常出現(xiàn)在各種LED應用電子產品。圖8是并聯(lián)連接方式的實驗結果,由于聯(lián)連接方式事前必需調查VF調整所有LED的電流,LED數(shù)量很多時相當費時,一般認為這種方式不太實用。

2、串聯(lián)連接方式

若能維持穩(wěn)定的電源電壓,串聯(lián)連接LED反而比較簡單,串聯(lián)連接方式最大特點是不論連接幾個LED,各LED內流動的電流完全相同,它與VF散亂分布現(xiàn)象無任何關連。

•常用LED驅動電路

(a)利用電阻限制電流的驅動方式
     根據(jù)奧姆法則圖9限制電流的電阻(Ω)可用下式計算:
     R=VCC-VFall/ILED
     VCC:電源電壓(V)
     VFall:所有LED的VF總合(V)
     ILED:順向電流(A)
     這種驅動方式最大缺點是即使微弱的電源電壓變動ILED也會受到影響,因此必需使用穩(wěn)定化的電源,此外還要考慮LED本身的發(fā)熱與IF對周圍溫度的變化。
     (b)利用CRD定電流的驅動方式
     圖10是定電流電路,圖中的ILED與定電流二極管(CRD: Current Regulative Diode,以下簡稱為CRD)與直接依存關系,CRD并聯(lián)時可以調整電流,需注意的是例如為了使石冢電子的15mA的E-153(CRD)進行定電流動作,電源電壓必需設定成可以對CRD施加4.3V以上的電壓,而且對CRD施加的電壓不可以超過最高使用電壓,必需在CRD的容許損失范圍內操作。
 CRD的電源電壓對變動變壓器Type AC Adapter非常有效,部份制品除外幾乎所有CRD的電流值對溫度具有負的特性,尤其是對周圍溫度的變化安全性很高。
     (c)利用3端子比較器的定電流驅動方式
     依照圖11電路連接就可以利用定電壓輸出3端子比較器(Regulator)制作高性能定電流電路。圖中的7805可以使1-2腳架之間(R1兩端的電壓)控制在5V,所以可以用 的阻抗值使ILED維持一定值。
 7805本身的動作電流ILED(5mA左右)從第2腳架通過LED流至GND,因此:
  ILED=IR1+Iopr
  IR1:R1內的電流(A)
  Iopr:7805的消費電流(A) 
     R1為333Ω時,ILED就是變成20mA。驅動本電路Vcc的電壓必需大于LED的VF與7805兩者的動作電壓總合。
     (d)利用OP增幅器的定電流驅動方式
     圖12的電路會Feedback LED內部的電流值,所以可以使電路對電源電壓與周圍溫度變化更加穩(wěn)定。本電路利用ILED產生的R1電壓與OP增幅器產生的Zener電壓Vz比較,因此:
     ILED=VZ/R1
     *(基準電壓必需穩(wěn)定化)
     以上介紹的電路范例基本上消費電力使Vcc電壓與LED的IF兩者相乘結果,如果電源電壓過高效果反而變差請讀者注意。表2是上述4種LED驅動方式的比較。

三、LED驅動器的制作

國外廠商開發(fā)許多LED驅動專用IC,不過一般業(yè)者卻無法取得,有鑒于此本文將介紹一種單片微機構成的升壓型定電流LED驅動器。本驅動器利用4個電池動作,2V系列LED使用3~15個,3.6V系列使用2~8個串聯(lián)連接的LED,它以20mA定電流使LED點燈。

1、電路結構

     圖13是LED驅動器的電路亦即一般稱為“Switching Type DC-DC Converter”,微處理器使用同時具備A-D Converter與PWM功能的PIC12F683,它會自動調整Chopper Type升壓電路的輸出電壓,使LED內流動的電流變成20mA形成定電流驅動。
     由于LED作串聯(lián)連接,因此所有LED都以相同電流值驅動,LED內部流動的電流值以OP增幅器將R7產生的電壓增幅,接著再用A-D Converter讀取。電源使用4個電池,雖然電源電壓只有4~6V左右,隨著LED串聯(lián)數(shù)量升壓電路的輸出電壓最大可以提高到30V,整體而言電路結構非常簡單,而且LED的VF總合值即使超過電源電壓低于30V也可以正常動作。

2、電路與微處理器的動作

     PIC微處理器一旦開始動作,就會以AN0讀取LED內部流動的電流值,再與PIC內部預設的目標電流值20mA的數(shù)據(jù)進行比較,最后根據(jù)比較結果增減升壓電路的PWM Duty值并輸出到CCP1。Duty的增減條件如下:
     ILED〉20mA時Duty減少
     ILED〉20mA時Duty增加
     由于電源投入后瞬間升壓電路并未動作,因此LED內部無電流流動,Duty增加升壓電路啟動后輸出電壓變高,此時LED內部電流才開始流動,如果電壓過高LED的電流值超過20mA時,PIC微處理器會減少Duty降低輸出電壓,其結果反復定電流動作最后在20mA穩(wěn)定下來。
     圖14是升壓型LED驅動電路板的實際外觀;清單1是升壓型LED驅動器的PLC程序;圖15 LED驅動器的外觀。實驗時將15個橙色LED串聯(lián),輸出電壓在3.0V附近略有變動,不過LED的電流在20mA卻非常穩(wěn)定,在此狀態(tài)下輸入為5.5V/180mA,輸出為30.1V/120mA,效率大約是61%。表3是主要高功率LED的規(guī)格摘,表中記載的規(guī)格原則上都是標準值,至于最大值與最小值表示概略平均值,至于相同型號細分等級,則一律采用中級品當作標準值。
 升壓型LED驅動器的PLC程序(使用CCS-C程序編輯器):
 # includ   〈12f683.h〉
 # device   ADC=10          //A-D轉換10bit
 # fuses INTRC_IO, NOWDT, NOPROTECT, NOMCLR, BROWNOUT //指定內部clock
 # use delay (CLOCK = 8000000)   //指定clock頻率
 # use fast_in (A)                     //固定輸出入模式
 # define LED_IF 20                //LED電流(A)(實測補償)
 Void main()
 {
    Signed long duty;              //Duty data
    Float current;                //電流量測資料
    Setup_oscillator(OSC_SMHZ);        //內部clock 8MHz
    ///A-DこI/0的設定
    Setup_adc_portsANO_ANALOG);     //輸入PA0類比
    Setup_adc(ADC_CLOCK_DIV_32);       //Fosc/32
    Setup_tris_a(0b00000011);               //輸入AN0,AN1
    ///CCP1的初期設定 
    Setup_ccp1(CCP_PWM);      //CCP1設定成PWM
    Setup_timer_2(T2_DIV_BY_1,0x3F,1);      //Timer2 31,125kHz
 Duty=0              //啟動軟體
 While(1){                 //永久Loop
    Set_adc_channel(0);      //AN0
    Delay_us(S0);
    Current=read_adc();      //量測電流
    Current=(current*56)/1024    //
    If(current〉LED_IF) duty-  //Duty減少
    If(current〈LED_IF) duty++ //Duty增加
 If(duty〈0) duty=0;  
 If(duty〉0xC8) duty=0xC8;    //lmitter(8bit)
 Set_pwm1_duty(duty);       //Duty輸出
    }
}



關鍵詞: LED

評論


相關推薦

技術專區(qū)

關閉