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贴片LED使用方式介绍,,发光二极管常见的特性与规格说明

LED(Light Emitting Diode)是一种能发光的半导体电子组件,将电能直接转换成光,相较于传统光源由电转化为热,再由热能转化成光能的发光过程,LED具有高发光效率、节能及寿命长等特点。随着LED产业的发展,除了传统的单晶、多晶LED封装,也衍生出将驱动IC封装进LED内的产品(RGB+IC)。

LED规格介绍

1. 驱动条件限制(Absolute Maximum Ratings)

 如下图1,规范LED在25 C能承受的最大驱动条件,超出表格中的驱动条件可能造成产品损坏、效能及寿命降低…等风险,常见的规范如下:

 逆向电压(VR):LED能承受的逆偏压大小。

 正向电流(IF):直流驱动时,电流大小不能超过25mA。当温度超过25 C时,请参考下图2的减额曲线,例:40 C时电流大小不可超过20mA。

 PWM驱动电流(IFP):当PWM频率=1kHz; Duty = 10%,电流大小不能超过100mA。

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图1、驱动条件限制

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图2、减额曲线

2. 光电特性(Electro-Optical Characteristics)

 LED生产会经过定电流自动测试机检测特性,下图3标示在25 C时量测出的光电特性,图中右侧的Condition字段代表测试条件。

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图3、光电特性

发光强度(IV):电流5mA驱动时,亮度范围在72~180mcd。

发光角度(2θ1/2):LED发光强度衰减到50%的角度,如下图4,虚线标示衰减到50%强度时角度是±65 因此标示130°。

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图4、发光角度图

正向电压(VF):电流由LED正极流向负极时,正、负极间产生的电压称为正向电压。

5mA驱动时VF范围2.6V~3.0V。VF会随着IF成正比变化。如下图5,10mA驱动时VF=3.0V;25mA驱动时VF = 3.4V。

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图5、 IF vs VF关系图

贴片LED驱动方式介绍

1. 传统LED驱动方式:

LED的光电特性(如:亮度、VF)随着驱动电流的不同而有很大的变化。LED驱动方式分为定电压与定电流两种。定电压驱动的线路仅需电压源与限流电阻,因此线路简单且价格便宜,但电流变化较大导致LED的光色一致性较差。定电流驱动一般需加定电流驱动IC,成本较高,但LED的光色一致性较佳。

(a) 定电压驱动:

如下图6,注意每一颗LED的线路上皆须加上限流电阻,不建议多颗LED共享一颗限流电阻,且VCC需大于LED VF。

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图6、定电压驱动线路

透过𝐼 =𝑉/𝑅

可计算LED流过的IF大小。

例:限流电阻R1, R2=500Ω;VCC = 5V

LED1 VF = 2.6V,LED2 VF = 3V。

则LED1 IF =4.8mA (𝐼𝐹 =(5V−2.6V)/500);LED2 IF =4mA (𝐼𝐹 =(5V−3V)/500)

LED VF会随着电流大小变化且生产时VF也有差异,同款LED使用相同的限流电阻,IF也会不同。IF不同会使LED的波长、亮度产生变化,因此光色一致性要求高的应用,不建议使用定电压驱动。

(b) 定电流驱动

如下图7,定电流驱动输出的电流是固定的,建议每一定电流源对应一颗LED,电流相同则LED的光色一致性较佳。若将LED并联,则两颗LED的IF仍会因VF差异而不同,因此不建议使用。

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图7、定电流驱动线路

2. LED内建IC驱动方式

有别于传统LED,每颗RGB+IC的产品内有一颗定电流驱动IC,不须额外的定电流源即可完成定电流驱动的效果。RGB+IC有单线控制(Data)与双线控制(Data, Clock)两种方式,市面上常见为单线控制产品,线路建议如图8,以单线传递讯号,将产品串接在一起,仅需使用DIN及DOUT两只接脚,即可完成串接多颗RGB LED的效果;透过DIN讯号,各色LED有8bit=256阶的PWM Duty控制,详细数据请参考单线式RGB+IC应用手册。

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图8、RGB+IC驱动线路

四、 驱动方式优缺点比较 

LED 常见的三种驱动方式特色比较如下图 9,建议使用者依据需求选择不同的产品、驱动方式。

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图9、优缺点比较表

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