LED技术的特性及应用说明

发光二极管 (LED) 现在已经取代了大多数其他照明技术。由于它们的多功能性、低成本和效率，现在 LED 被用于各种类型的应用中，包括最不同的情况：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（经济上比技术上）使用 LED 而不是传统的发光源。让我们看一下将 LED 强加为光源标准的特性以及相关类型的应用。

LED的物理学

LED 是一种有源半导体电子元件，其基础是二极管。“发光二极管”一词强调了这项技术只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，通过使用大于阈值（或正向）电压的足够电压直接偏置 pn 结，结附近的电荷从能级移动到能级；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设备上的电压水平。这是彩色 LED 背后的基础，

除了发出的光的颜色外，触发电流的最小阈值电压还取决于器件的半导体类型；用于实现 LED 的最常用材料是 AlGaAs、GaAlP、GaAsP、SiC、GaN、GaP、Si 和 C。

LED器件的驱动

LED是电流驱动的电子元件。出于这个原因，必须始终在驱动电路中提供限流电阻，没有它，组件看到的唯一电阻将是结本身的内部电阻；不限制电流会冒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，正电压提供给 MOSFET 的基极，触发漏极和源极之间的电流，从而在漏极上导通 LED。注意限流电阻的存在。假设元件的最佳正向电流为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 可以有Vth = 1.8 V 和If = 20 mA；假设为电路提供电压Vin = 5 V，限流电阻的值为R = (5 – 1.8) / 0.02 = 160 Ω。

图 1：LED 驱动器基本电路（来源：Davide Di Gesualdo）

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，损坏芯片的风险（由于电流）将非常高。显然，如果需要驱动大功率 LED（可吸收甚至超过 3 W 或 5 W），则有必要采用与所需电流一致的驱动器。在这方面，Cypress Power PSoC 系列微控制器值得注意，因为它能够直接在芯片中提供功率 MOSFET，这对于通过最小化周围电路来驱动功率 LED 非常有用。

使 LED 在照明领域变得流行的一个特点无疑是利用脉宽调制技术实现调光的可能性，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，使用的电流将与应用波的时间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，如果需要精确的亮度控制，应用极其简单的 PWM 技术可能无效。事实上，请记住，由于 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 驱动器来提供与成比例的电压信号相对应的恒定电流。该解决方案避免了发光组件的连续开关周期，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 用途广泛，这也是因为有不同的类型可供选择。

按照耗散的功率（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：小功率LED、高亮度LED、大功率LED。

低功率 LED 的典型正向电流为 15 mA，用作电子设备中的状态指示灯（开机指示灯、连接状态、设备之间的通信指示灯等）。它们的使用是最经典最古老的，它们的封装都是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 30 mA 至 100 mA，可用作弱照明元件（例如，人行道指示器），但主要用途是用作分段显示器和 LCD 面板中的背光。后者极大地推动了 LED 的普及，因为现代电视的液晶面板大多采用 LED 背光。

功率 LED 的正向电流范围为 100 mA 以上。不难想象，这类设备与其他两类相比成本明显较高，其热特性需要对设备的散热方式进行精心设计。大功率LED的典型应用无疑是功能性和氛围照明；这种类型的单个设备甚至可以发出超过350流明的光，并且通过组合多个LED可以获得真正的路灯，以至于在路边找到配备这种技术的照明灯具已不再罕见。我们的城市；说实话，LED路灯的公共照明是智慧城市的基石之一，

LED 的新领域

近年来，市场上出现了一种利用有机成分（准确地说是塑料导电聚合物）并利用这些材料的电致发光的技术。这是一种称为有机 LED (OLED) 的技术，用于制造显示器，并具有允许创建薄而灵活的设备的特性，特别适用于可穿戴设备和移动世界。与使用 LED 作为 LCD 背光源不同，OLED 构成了显示器本身的有源矩阵！迄今为止，仍然没有能够使这项技术具有经济竞争力的规模经济，但研究已经取得进展，并且已经进行了许多生产工艺（AMOLED、PHOLED、PLED、SM-OLED、SOLED、TOLED），

　　审核编辑：汤梓红