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70305115_李國源
by 70305115, 2015-07-01 19:01, 人氣(276)

LED的偏壓與順向電流成對數相關,若以固定電壓源推動的話,電源電壓的輕微差異、LED偏壓因生產工藝的離散性,都會使電流有較大的變化,由於LED的光度與電流有較直接關係,電流變化會導致LED的亮度偏離想定值,電流若超出安全值的話會因功耗過大而使LED永久損壞(二極體的整個工作區電壓基本不變,功耗大致與電流成正比)。因此,應用時應使LED工作在固定的電流,這樣才可達至預期的亮度,及確保LED不會因電流過大、功耗超出負荷而損壞。因此,在推動LED時有下列事項要注意:

  • 務必使LED工作在預想的固定電流值或功耗,已達致想定亮度與功耗,及避免損壞LED。這多以恆流源達成,用一個電壓源串連一個限流電阻即可成一恆流源,但精確度不高。以線性線路造出的恆流源精度可以相當高,但同樣有效率低(功耗高)的缺點。開關式可以有極高的精度同效率,但要注意燥聲問,而且成本高很多。
  • 串聯LED可以使各LED得到相同電流,亮度會較為一致。並聯LED會使各LED電壓相同,但由於品控問題,同一電壓下,即使是同一批次的相同型號,各LED電流會有輕微差異,亮度一致性較差。

要知道什麼的電流值才可以達到預期的光度,可以參考生產商資料提供有關電流與光度關係的資料。要控制LED的亮度,又想提升效率、減少耗電,卻不想使用價格較高的開關式電源的話,可以使用脈衝寬度調變(Pulse width modulation - PWM)推動LED,通過控制不停重複的每一個時段內導通時間與關閉時間的比例,也就是占空比,可以改變流經LED的平均電流,從而控制LED的光度,由於控元件沒有半導通的狀態,控制元件內的電壓降相當少,因而效率較高,只要閃爍頻率高於人眼的視覺暫留,LED看起來就象連續發光一樣。

白色LED使用脈衝寬度調變控制LED光度的方法有另一好處,白色LED的色溫隨電流強弱而轉變,在脈衝寬度調變控制下,導通電流在不同光度下都不變,因此可以在不同光度保持色溫不變,這在視頻播放設備中,應用LED作背光的情況特別重要。

許多LED額定的逆向崩潰電壓值一般比較低,因此加上幾伏特的逆向電壓就可能損壞。如果需要以超過逆向崩潰電壓的交流電供電的話,可以用反並聯一個二極體(或另一個LED)的方法進行保護。有的LED在出廠時內部就已經集成了串連電阻。這樣可以節省印刷線路板的空間,然而由於串連電阻值在出廠時就已經確定,使得LED的一種主要的集成設置方法無法應用。雙色LED單元包含兩個二極體,極性相反(即兩個二極體是反並聯的),顏色不同(典型是紅色和綠色),可以顯示兩種顏色,或者透過調整兩個二極體導通時間的比例來實現各種混合顏色。另一些LED單元裡的兩個或多個不同顏色的二極體是共陽極或共陰極架構,這樣無須改變極性就可以產生多種顏色的光。

LED光衰[編輯]

最常見的發光二極體(和鐳射二極體)的失效是逐漸降低光輸出和效率損失。然而,瞬間的失效也是有可能會發生。晶核成長過程中的差排可能導致光輻射在差排的結合形成使得活性區域衰減的機制;意味著晶格中有存在缺陷,並可以經由熱、高的電流密度及光的放射來加速其發生。

砷化鎵及砷化鋁鎵相較於砷磷化鎵、砷磷化銦鎵及磷化銦是比較容易受這個機制所影響,基於活性區域的不同性質,氮化鎵及氮化銦鎵則對這類的缺陷更為敏感,不管怎樣,高的電流密度可以導致原子的遷移電子跳離活性區域引出差排和點缺陷,看起來像是非光輻射的結合來產生熱而非光,電離輻射同樣的也會造成這樣的缺陷,使得LED存在輻射電路局限的問題(例如在光絕緣體中),早期的紅光因而有顯著的短壽命情況。

白光LED通常使用一或多種的螢光粉,螢光粉會受到熱跟壽命的影響而衰減並降低效率,導致產出的光色改變。

高的電子流在高的溫度下會使得金屬原子從電極擴散至活性區域,有些材料,尤其是氧化銦錫和銀就容易有電子遷移的情形;有些狀況,尤其是GaN/InGaN的二極體,阻擋層金屬被使用來阻礙電子的遷移,機械的應力、高的電流和腐蝕性的環境可能會使得細小的連結發生導致短路的情形。

高功率LED對電流的擁擠敏感,不均勻的電流密度分布在接合點(junction)上,可能會產生局部的熱點,存在熱燒毀的風險,基板的不均勻導致熱傳導損失,使得問題變得更嚴重,常見的是來自於焊接材料的孔洞或是電子遷移效應和Kirkendall空洞,熱燒毀是LED常見的失效。當光的輸出超出了臨界水準而導致琢面(facet)燒熔時,雷射二極體可能會有激烈的光學損壞。有些塑膠封裝的材質會因為熱的緣故而變黃,導致局部波長的光被吸收而影響波長。突然間的失效常常是因為熱應力所致,當環氧樹脂的封裝達到玻璃轉移溫度時,樹脂會很快速的膨脹,在半導體和焊點接觸的位置產生機械應力來弱化或扯斷它,而在非常低的溫度時則會讓封裝產生裂痕。

靜電的放電也可能