要用好LED,最基本的出发点是了解LED的电气特性。LED是由半导体PN结构成的电致发光器件,在发光的同时,它也像其他电子元器件一样表现出了固有的伏安特性。充分了解LED的电压和电流关系,才能为LED设计适当的驱动电路并提供符合要求的电路工作环境。
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LED具有类似普通二极管的伏安特性曲线,如图1-5所示。
由图中可知,LED具有以下几个显著的电气特性:
1)单向导电性。只有正向偏置才能导通。
2)具有一定的开启电压。LED的开启电压与LED发光的颜色有关,在可见光范围内,LED发出光的波长越长开启电压越低,例如,红色光的开启电压为1.8~2V,蓝色光的开启电压为2.6~3.2V,绿色光的开启电压介于两者中间,由于颜色的定义不够准确,故测试中通常使用波长来区分。这里需要指出的是,同一波长同一批次的LED也会因为生产工艺等原因而存在一定的分散性,评价LED质量的其中一个指标是相同功率等级的LED,其开启电压(工作电压)越低越好,这是因为相同的功率电压越低则电流越大,LED的亮度越高。
3)工作区内的电流相对于电压的变化较敏感。这就意味着很小的电压波动会引起很明显的电流变化,从而造成亮度的波动,这是LED应用过程中特别要注意的一个特性。因此低频的亮度波动会造成忽明忽暗的感觉,影响照明质量。
4)反向击穿电压较低。LED的反向击穿电压一般在几伏到几十伏之间,在使用时要注意电路不能出现超过限值的反向电压,否则会击穿LED。
5)温度漂移特性。LED具有PN结普遍的温度漂移特性,也就是说LED的伏安特性曲线并不是固定不变的,当PN结的温度升高时,其伏安特性曲线会向左移,如图1-6所示。
图1-5 LED的伏安特性曲线
图1-6 LED伏安特性随温度漂移
1)LED正常工作时,消耗的电功率大部分转化为热(70%以上),温度上升,电流越大,温度越高。若对电流不加以限制,那么当温度达到一定程度就会使LED过热烧毁,这种损坏表现为LED断路,通常伴有烧焦的气味和痕迹。
2)若LED的反向电压高于额定的击穿电压,则LED会被反向击穿,这种击穿是不可恢复的,内部PN结瞬间被破坏,失去单向导电的特性。与过热损坏不同的是,这种击穿的速度很快,因此一定要严格控制反向电压,留有足够的裕量。必要时可采取钳位措施,以避免突发的高电压脉冲造成LED击穿损坏。LED反向击穿的表现为LED短路,若不能及时排除故障,则也有可能因短路而进一步变成断路。
根据温度漂移特性,伏安特性曲线左移,若保持工作电压不变,则电流上升,如图1-6所示,保持 U F 不变, I F3 > I F2 > I F1 ,而电流的增加又反过促使温度进一步升高,造成恶性循环,如果不加限制,则LED会过热损坏。