课程小论文课程小论文————发光二极管 LED 的驱动与应用

西华大学《西华大学《模拟电子技术》示范课模拟电子技术》示范课

制作：李祝怡 刘代兵 潘文宇制作：李祝怡 刘代兵 潘文宇 序号 序号 【【 8484 】 【 】 【 8282 】】【【 7676 】】 主讲：刘代兵主讲：刘代兵

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LED的简单介绍

LED （ Light Emitting Diode ）即发光二级管。由镓（ Ga）与砷（ AS）、磷（ P ）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管。在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。 　　

LED 发光原理简介

当 PN 节外加正向电压时（ P 型半导体接电源正极， N 型半导体接电源负极），外电场与内电场作用，总的效果是削弱内电场，从而空穴和电子可以再向对方区域扩散形成稳定的电流。此时高能态的电子与空穴复合时就把多余的能量以光

的形式释放出来，从而把电能直接转化成光能。当然在发光二极管的 PN 节上加反向电压（ P 型半导体接电源负

极， N 型半导体接电源正极），由于内电被加强，所以进一步阻止了多数载流子的扩散运动，电路不能导通就不能发光。

LED 的结构

LED 的心脏是一个半导体的芯片，芯片的一端附在一个支架上，较短的一端是阴极，另一端连接电源的正极，使整个芯片被环氧树脂封装起来。半导体芯片由两部分组成，一部分是 P 型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是 N 型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个 P-N 结。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向 P 区，在 P 区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量。

无机半导体物料和发光颜色 以下是传统发光二极管所使用的无机半导体物料和所它们发光的颜色：　 铝砷化镓 (AlGaAs)- 红色及红外线　　铝磷化镓 (AlGaP)- 绿色　　磷化铝铟镓 (AlGaInP)- 高亮度的橘红色，橙色，黄色，绿色　　磷砷化镓 (GaAsP)- 红色，橘红色，黄色　　磷化镓 (GaP)- 红色，黄色，绿色　　氮化镓 (GaN)- 绿色，翠绿色，蓝色　　铟氮化镓 (InGaN)- 近紫外线，蓝绿色，蓝色　　碳化硅 (SiC)( 用作衬底 )- 蓝色　　硅 (Si)( 用作衬底 )- 蓝色 ( 开发中 )　　蓝宝石 (Al2O3)( 用作衬底 )- 蓝色　　 zincselenide(ZnSe)- 蓝色　　钻石 (C)- 紫外线　　氮化铝 (AlN),aluminiumgalliumnitride(AlGaN)- 波长为远至近的紫外线

LED 的驱动 由于 LED 是特性敏感的半导体器件，又具有温度特性，因而在应

用过程中需要对其进行稳定工作状态和保护，从而产生了驱动的概念。

驱动的简单介绍一、按供电电压高低分类 1 、从供电电压的高低可以将驱动器分成三类：由电池供电 , 电压一般低于 5V 。主要用于便携式电子产品，驱动小功率及中功率白色 LED 。

2 、大于 5V供电，如 6V 、 9V 、 12V 、 24V( 或更高 ) ，由稳压电源或电瓶供电，主要用降压式或升降式 DC ／ DC 转换器，主要驱动 LED灯。

3 、直接由市电供电 (110VAC 或 220VAC) 或相应的高压直流电，如40“-‘400V ，主要用于驱动大功率白色 LED 灯，采用降压式 DC ／ DC转换器驱动电路。

二、按负载连接方式分类 串联方式、并联方式、混连方式 三．按驱动方式的分类 若按 LED驱动方式来分类有两种：恒压驱动和恒流驱动

LED 驱动的特点1．高可靠性，特别像 LED 路的驱动电源，装在高空，维修不方便，维修的花费也大。　2．高效率 LED 是节能产品，驱动电源的效率要高。　3．高功率因素 功率因素是电网对负载的要求。一般 70瓦以下的用电器，没有强制性指标。　　4．驱动方式 现在通行的有两种：其一是一个恒压源供多个恒流源，每个恒流源单独给每路 LED供电。另一种是直接恒流供电， LED串联或并联运行。　　5．浪涌保护 LED抗浪涌的能力是比较差的，特别是抗反向电压能力。因此LED驱动电源要有抑制浪涌的侵入，保护 LED 不被损坏的能力。6．保护功能 电源除了常规的保护功能外，最好在恒流输出中增加 LED温度负反馈，防止 LED温度过高。7．防护方面 灯具外安装型，电源结构要防水、防潮，外壳要耐晒。8．驱动电源的寿命要与 LED 的寿命相适配。

单节电池 LED 驱动电路

一节镍氢电池的电压只有 1.2V ，而超高亮 LED需要 3.3V 以上的工作电压才能保证足够的亮度。因此。必须设法将电压升高，常见的升压电路一般有二种形式，即高频振荡电路和电磁感应升压电路。对于升压电路，有两种电路可选择。如图 1 和图 2 所示。

LED 显示屏电路图

LED 节能灯驱动电源电路图

LED 手电筒驱动电路原理图

市场上出现一种廉价的 LED手电筒，这种手电前端为 5 ～ 8 个高亮度发光管，使用 1 ～ 2 节电池。由于使用超高亮度发光管的原因，发光效率很高，工作电流比较小，实测使用一节五号电池 5头电筒， 电流只有 100mA左右。非常省电。如果使用大容量充电电池，可以连续使用十几个小时，笔者就买了一个。从前端拆开后，根据实物绘制了电路图，如图所示。

电路

led 日光灯驱动电路图

常见双管节能灯电路原理图

LED 的优势 电压低 :LED 使用低压电源，比使用高压电源更安全，特别适用于公

共场所。 效能高 : 在相同的照明度下， LED 消耗的电能只有白炽灯的 10% ，

在能源紧缺的今天具有较大的经济效益。 适用性强 :LED 密封性好、体积小、没有易碎的玻璃、抗震性好等特

点 , 使用时安全可靠，可以制备成各种形状的器件，并且适合于各种易变的环境

稳定性强 :10 万小时，光衰为初始的 50% ，其发光时无频闪现象，能有效保护人的视力。

响应时间短 : 其白炽灯的响应时间为毫秒级， LED 灯的响应时间为纳秒级

对环境无污染 : 无金属汞等有害物质，节能环保。 价格低 : 因 LED 省电的特性，及其它的制造简单，原料丰富的特点，

因而价格越来越平民化 ，应用越来越广泛。

LED 的分类

普通单色发光二极管

高亮度发光二极管

超高亮度发光二极管

LED 的分类变色发光二极管

闪烁发光二极管

电压控制型发光二极管

红外发光二极管

负阻发光二极管等

LED 的广泛用途1. 交通指示信号 在交通指挥中，要大量用到红、黄、绿色的信号灯， LED 的单色性能满

足这一要求。目前这一邻域的大部分灯具都是 LED 的产品。

LED 的广泛用途 2. 生活照明 以前大量使用的是霓红灯，存在制作工艺难度大、玻璃部件过多易碎

、工作电压高、能耗大等弊端和安全隐患。现在在政府的大力推动下，越来越多的 LED 产品应用到夜景照明中。

LED 的广泛用途

3. 医用光源 医用无影灯，医用检查灯等。

医用无影灯，医用检查灯等。

LED 的广泛用途

4. 电子显示频、背光等西华大学六教显示频

LED 的广泛用途

5 、军事照明、指挥等用途

LED 照明前景展望 随着现代化农业的不断发展，农业照明需求不断提升，这对传统照明灯具技术是种新的挑战。专业研发生产 LED照明胶水、硅胶的深圳市希顺有机硅科技有限公司了解到， LED 对植物组织培养室等是一种非常适合的人工光源，同时在养殖生产、养殖业、微澡培养、食用菌生产等方面也拥有巨大的应用潜力。

LED 照明前景展望 目前，全球 LED产业投资是很热的一个重点项目，各国对 LED 的研发生产都比较重视。 随着手机市场增长幅度趋缓， LED市场增长动能将转为笔记本电脑背光源、显示广告牌、照明等其它应用领域。在汽车照明方面， LED 长期需求将呈稳定增长。

LED 照明前景展望 由于 LED价格的下跌及发光效率提升，使得 LED 在车辆应用从车

内照明，发展到第 3煞车灯、方向灯、尾灯，并于 2008 年在高级车导入头灯应用。目前， LED 灯发光效率已有高过广泛使用的传统车头灯表现，代表 LED车头灯有机会正式迈入商业化，中介价格仍较高，因此短期内仍将仅配置在高阶车款。

LED 照明前景展望LED 是一种很有前途的照明光源，虽然目前受到技术水平和价格的限制，尚无法在照明领域中与传统的光源抗衡，但是其发展的潜力十分巨大。随着技术的进步， LED必将在照明领域中充分发挥其节能高效的特点，从而获得越来越广泛的应用。

美图欣赏

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参考文献

[1] 百度百科《发光二级管》。[2] http://www.elecfans.com/yuanqijian/led/ 电子发烧友网站。[3] 《高亮 LED 驱动电路的设计研究》 单英艳， 2009 年 1 月，西安科技大学。

结语

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