LED发光原理以及恒流源驱动
LED发光原理以及恒流源驱动
LED灯以其高效率和长寿命逐渐取代了传统的白炽灯。本文将从LED的发光原理出发，深入探讨其工作机制，并重点介绍恒流源驱动的重要性及其具体实现方式。
LED发光原理
以前最常见的灯是白炽灯，距今已经一百多年，现在逐渐退出人类视野，白炽灯的发光原理是灯丝通电后产生的热辐射发出光芒，小时候用手摸白炽灯泡，会很烫很烫，因为它的大部分能量以热量形式散发出去了，只有2%-4%的电能转为光，因此能量转换率极低。
那LED灯的发光原理是什么呢？
LED全称为发光二极管(Light -emitted diode),很多户外广告等方面都在使用。
LED灯是利用半导体元器件直接将电能转为光能，LED灯的半导体芯片由P型半导体和N型半导体构成，P型半导体空穴多，N型半导体自由电子多，两者结合处形成PN结，在交界处会形成一个电场，方向从右往左。当给PN结两端施加一定的正向偏置电时(要大于PN结内电场电压，硅材料为0.7V，锗材料为0.3V)，即P型半导体施加正VCC，N型半导体接地，电场力方向从右往左，在电场力作用下，N型半导体中的电子穿过PN结，与P型半导体中的空穴负荷负荷，释放能量，能量以光子的形式散发出来，也就形成了我们看到的LED灯发出的光，根据LED灯半导体材料的不同，LED发出不同颜色的光。
大家可以看到，里面并没有白色，那么白色光是怎么产生的呢？根据三原色，蓝色和黄色通过一定比例调和会发白光。
因此目前市面上白色LED灯目前大多是蓝色LED上涂敷能被蓝光激发的黄色荧光粉，LED灯发出的蓝光与荧光粉发出的黄光互补形成白光，因此根据黄色荧光粉的量，可以调光的色温。
LED恒流源驱动
我们通常所见的驱动方式基本为恒压源驱动，比如通过Buck、Boost、LDO电路得到稳定的电压（电池、电源适配器）来给后端负载供电，即当后端负载在一定范围内变化时，输出电压保持不变，但是此负载不能无穷小，因为每种类型电路产生的电压输出功率是有一定范围内。
上图可以看到这是一个24V的开关电源，他的最大输出电压是14.6A ,也就是说他的负载不能小于24/16.4 ≈ 1.5853658536585这个欧姆。
在通常情况下我们给LED两端一个几V的正向电压就能导通（一定串联一个电阻1k如果是3V左右电压，1k就可以，不然会过流烧掉或炸掉，之前第一次点亮LED的时候就炸过，比如下图限流是20mA）,一般指示灯就下面这种电路结构。
但为什么一样要用恒流源呢？用我们这只就不行。
像我们上面这种，一般作为小功率的指示灯用，像大功率的照明，一般要使用恒流源驱动。恒流源是整个电路中电流是恒定的，电压由电路中的电阻决定。
作为照明的LED灯功率比较大，在通电后会发热比较严重，所以LED温度会上升。下图是LED的伏安特性曲线，绿色为25度，红色为80度。
可以看出LED等的伏安特性曲线向左偏移了，即在相同的电压下产生了更大的电流。并且增大的电流会导致发热更加严重，发热会导致LED电流在增大，形成了正反馈，使LED灯伏安特性曲线更加向左偏移，非常不稳定，这样就加速了LED的损坏。
下面是常见的恒流源电路原理
一个LED灯的恒流源电路，他是通过的一个稳压二极管，将基极电压稳定在一个值。假设这个稳压二极管是稳压为3V，电阻阻值为200欧姆，三极管be之间的电压降为0.7V，那么发射极电阻上端电压就是3.0 - 0.7V = 2.3V，流过电阻的电流恒定为2.3/200 = 11.5mA
电路仿真和我们计算的值近似，但是我们可以串联无限个LED么？
答案是绝对不可能的。LED灯上面有压降，不同颜色的LED灯两端压降不同，像我们选用的这种蓝色的LED灯，在Multisim中，我们可以看到他的压降为3.45V，而要使三极管能够恒定输出一个预定的电流值，那三极管必须工作在放大区，也就是对于NPN三极管Vc>Vb>Ve。
这个条件要满足。
当我们串联第二个二极管时，我们看三极管集电极电压
此时集电极电压已经从串联一个LED灯时的8.59V下降到5.19V，电流目前恒定稳定在11.5mA, 那我们在串联一个LED灯。我们可以看到三个LED均没有点亮，且集电极电压已经低于基极电压，此时三极管已经处于饱和区了，电路中电流为2mA左右，而蓝灯的导通电流为5mA,因此LED灯不会点亮。
因此要多个LED串联并且恒流工作，LED灯的数量要有限制。假设可以串联x个LED灯，每个LED灯压降为3V。供电电源为12V,基极电压为3V,那么12 -3x > 3 也就是x < 3 ,所以串联的LED灯数必须小于三个。对于电阻性负载原理也一样，同样也需要三极管工作在放大区,那么对于电阻性负载，恒流源能保证他的最大值是多呢
计算方式也是一样
电流为11.6MA，假设最大电阻为x,那么12V -11.6mA * x > 3V ,则x < 775欧姆,一般恒流源负载常用的是不精密测量PT100的值
我们设置恒流源为1mA ,可变电阻阻值100欧姆来模拟PT100,可见电阻值在0 -100范围内变化，恒流源输出稳定，因此可以测集电极端电压从而求得PT100电阻，进而获得温度。
以上就是LED灯以及恒流源驱动方面的探讨，如有错误，请大家指出，谢谢。
本文原文来自CSDN