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多路輸出的LED的恒流技術
摘要:   現在有關這個問題有很多各種不同似是而非的說法,有人說:在LED的伏安特性上,電壓定了,電流也就定了。所以采用恒壓和恒流效果是一樣的。有人說LED并聯時就應該采用恒壓電源供電,而LED串聯時就應該采用恒流電源供電;有人說,因為LED是恒流器件,所以要用恒流源供電;有人說,采用市電供電時就應該采用恒壓電源供電,采用蓄電池供電時,就應該采用恒流電源供電。至于為什么這樣要求,似乎誰也說不明白。
Abstract:
Key words :

  現在有關這個問題有很多各種不同似是而非的說法,有人說:在LED的伏安特性上,電壓定了,電流也就定了。所以采用恒壓恒流效果是一樣的。有人說LED并聯時就應該采用恒壓電源供電,而LED串聯時就應該采用恒流電源供電;有人說,因為LED是恒流器件,所以要用恒流源供電;有人說,采用市電供電時就應該采用恒壓電源供電,采用蓄電池供電時,就應該采用恒流電源供電。至于為什么這樣要求,似乎誰也說不明白。 

  那么,到底是應該采用恒壓電源,還是恒流電源供電呢?

  首先來看一下LED到底是什么樣的器件。因為LED的亮度是和它的正向電流成正比,而且一些LED的結構決定了它的散熱也就是功耗。所以大多數LED會給出額定電流,例如Φ5為20mA,1W的為350mA…等,但這并不等于LED只能工作于這些額定電流,更不意味著LED就是一個恒流器件。例如Cree的1瓦LED和3瓦LED是同一型號,電流從350mA加大到700mA,功率就從1W加大成3W,所以這個LED可以工作在350-700mA之間的任意值。

  要深入了解這個問題首先要知道LED的伏安特性。

  1. LED的伏安特性

  LED的中文名字就是發光二極管,所以它本身就是一個二極管。它的伏安特性和一般的二極管伏安特性非常相似。只不過通常曲線很陡。例如一個20mA的草帽LED的伏安特性如圖1所示。

 


圖1. 小功率LED的伏安特性


  假如用干電池或蓄電池供電,那么因為LED伏安特性的非線性,很小的電壓變化就會引起很大的電流變化,上圖中電源電壓在3.3V時正向電流為20mA的LED,如果用3節干電池供電,新的電池電壓超過1.5V,3節就是4.5V,LED的電流就會超過100mA,很快就會燒壞。對于1W的大功率LED也是如此,圖2是某公司1W的LED伏安特性,而一個12V蓄電池的電壓,在充滿電到快放完電的電壓可以從14.5V降到10.5V。相差將近20%。從伏安特性上可以看出,電源電壓的10%的變化(3.4V-3.1V),就會引起正向電流的3.5倍的變化(從350mA變到100mA)。

 


圖2. 1W大功率LED的伏安特性


  2.伏安特性的溫度系數

  到現在為止,還有很多人以為LED電壓定了,電流也就定了,所以采用恒壓和恒流是一樣的。實際上,LED的伏安特性并不是固定的,而是隨溫度而變化的,所以電壓定了,電流并不一定,而是隨溫度變化的。這是因為是LED是一個二極管,它的伏安特性具有負溫度系數的特點。

 


圖4. 串聯電阻只能減小溫度的影響,而不能消除其影響


  4.幾個LED并聯,能不能用恒壓電源?

  由于LED伏安特性的離散性,不但不同廠家生產的同樣瓦數的LED伏安特性不一樣,就是同一廠家生產的同一型號的LED其伏安特性也是不同的。

 


圖5. 不同廠家和同一廠家生產的LED伏安特性的離散性


  很明顯,假如用恒壓電源3.4V供電,顯然流過每個LED的電流都不一樣,每個LED的亮度也就不一樣。所以不能采用恒壓電源供電。

  5. 多個LED并聯后,采用恒壓電源供電,能不能用不同的串聯電阻來使電流平衡?

  在常溫下是可以的,但在溫升以后就不能保持了。圖6中就顯示了這個問題,常溫下的LED伏安特性以實線表示,兩個LED的伏安特性在斜率上略有區別,在用恒壓電源Vo供電時,選用不同的電阻,可以得到同樣的正向電流Io。但是當溫度升高時,其伏安特性左移,如虛線所示。因為還是原來的恒壓和原來的電阻,此時的電流卻變成了I1和I2。不等于原來的Io了。
 



圖6. 串聯電阻可以在常溫下保持其電流不變,但在溫升以后就不能保持電流平衡。


  6. N個LED串聯后,假如用恒壓電源供電,其溫度效應(由溫升而引起的電流增加)將會擴大N倍, 這是因為所有LED串聯以后相當于各個LED的伏安特性沿電壓軸串聯 ,圖6. 多個LED串聯,相當于多個伏安特性在恒流點疊接,加電以后溫度上升,所有伏安特性左移。

 


  溫升以后,N個伏安特性都左移,就使電流的增加也加大了N倍。如果采用恒流電源供電,那么溫升以后,仍然能夠保持電流恒定為Io。

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