LED电路：串联照明电路和并联照明电路

LED的正向电流（IF）-正向电压（VF）特性取决于元件的材料和发光颜色。即使具有相同的材料和发光颜色，也存在半导体特有的个体偏差。

LED电路结构

正向电压

当电流沿LED正向流动时，正极和负极间产生的电压称为正向电压（VF）。单位为V（伏特）。

数据表等资料中刊登了相对于电流的正向电压的特性曲线图《正向电流（IF）-正向电压（VF）特性》。

在实际探讨LED照明电路时，这个特性是最为重要的考虑项目。

正向电流（IF）-正向电压（VF）特性随LED元件的材料、尺寸以及发光颜色的不同而不同。而且随环境温度变化。此外，还具有半导体特有的特征值分布，即所谓的偏差。

当LED恒流驱动时，正向电压（VF）的变化不构成大的问题，但在恒压驱动的情况下，需要考虑电压变化和偏差。

LED照明电路

【串联照明电路】

当LED以恒压驱动方式串联点亮时，通常如下图所示，电路中包含与LED串联的电阻，用于控制电流。

以这个电路为例，首先根据正向电流（IF）-正向电压（VF）特性，读取亮灯时LED的正向电流（IF）和正向电压（VF）值。

将数值代入上式，计算出R（电流控制电阻）值。

【并联照明电路】

将LED以恒压驱动方式并列排列时，建议给每列LED加入控制电阻。

LED的正向电流（IF）-正向电压（VF）特性取决于元件的材料和发光颜色。即使具有相同的材料和发光颜色，也存在半导体特有的个体偏差。

如下图所示，当LED①和LED②的正向电压（VF）值不同时，如果用一个电阻控制电流，则难以控制每个LED的电流（IF1和IF2）。

每个LED连一个电阻，可以设置每个LED的电流（IF1或IF2），因此更容易自由设定，例如均衡电流值、抑制亮度偏差。另外，通过加大输入电压（Vin），增加电阻两边的电压，还可以减少偏差。

需要注意的性能

1. 温度引起的特性变化＜光强・波长・正向电压 （VF）＞

LED特性根据周围温度及LED发热在内的芯片温度（Tj：发光部的结温）发生变化。

以下针对代表性的特性变化进行说明。

光强

LED的Tj上升，则光通量变少。

这是因为阻碍发光的电子和空穴再结合运动增加了。

波长

与光强变化相同，温度变化引起发光波长发生变化。

主要是温度变化引起半导体的禁带宽度发生变化，所以波长发生变化。

波长变化量因材料不同有差异，InGaAlP系LED随温度上升时，λd有0.1nm/°C的变动，向长波长侧变化。

针对波长规格严格的用途，需要探讨在整机的工作保证温度范围内波长的变化。

正向电压 （VF）

除特殊情况，VF的变化与发光波长相同，因半导体的禁带宽度变化而变化。

随着温度上升，VF会以2mV/°C的数值下降。

VF的变化在电路设计上是重要的要素。

LED恒流工作时，VF变化作为电路常数问题不大，但LED在恒压工作或接近恒压时，随温度上升VF下降，电流增加。

电流增加，则Tj变高，VF下降，直到达到平衡状态为止，电流会一直增加。

相反温度变低，则VF变高，电流减少，有可能恒压工作时得不到所需的光强。

2.特性偏差

LED在制造阶段就具有特性值分布，即所谓的偏差。

因此对光强等级、电气特性规定了最小值等。

进行光学设计、电路设计时需要考虑偏差。

例如，VF随温度变化之前，在特定分布中已存在偏差。

当没有设计裕量时，针对VF偏差大的产品，需要探讨温度变化时是否能得到所需的特性。

根据电路特性、整机特性，有时需要将LED特性值的偏差幅度缩小。

此时，需要探讨引进特殊规格，及判断是否能对应此规格。

编辑：hfy