关于LED灯的一些学习

Diabloa · 发表于 2019-5-15 10:02

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关于LED灯的一些学习

最近做一块板卡，有一组LED灯需要驱动，固定亮度发光。板卡5V供电，于是未加思索，按照以往设计方法，设计电路如下：

图1 LED灯驱动电路

      计划板卡做好后，在进行调试时，根据实际的亮度情况，调节限流电阻R1的阻值，最终获得期望的效果。
      在做方案评审时，自己觉得这个地方应该没有问题，于是粗描淡写，一笔带过。但却被打断，有人问：“这么一组灯，是用恒流源驱动还是恒压源驱动？每个灯的亮度能否保持一致，不出现差异？”我比较茫然，我知道LED灯的亮度取决于前向电流If，用恒流源驱动是最好的。但这样的话，电路结构会复杂些。如果想用恒流源驱动多个灯，如使用LED灯驱动芯片，但这需要较高电压才行，目前是5V供电，无法采用该方案。另外，自己觉得用图1所示恒压源驱动也是一种成熟电路，无可厚非的。于是我说了自己的想法，大家让我下来再研究确认下。
      之后，我看了LED灯的手册，发现其发光一致性是受很多因素影响的，并非以前一直认为的那么简单。
      首先手册上给出的各种参数，如光强、波长、色度坐标、饱和度、前向电压等，都是在前向电流If为额定值的时候测得的。
      但即使每个LED灯流过的前向电流If是一致且为额定电流，其光强、波长、色度坐标、饱和度、前向电压等参数也是有差异的，这是由制造工艺决定的。一般LED厂家会对这些光电参数的值的范围划分BIN区间，如下图所示分别为某款灯的光强BIN区间和前向电压BIN区间：

图2 某款灯光强、前向电压BIN区间

      可见，光强分为了J2、K1、K2三个BIN区间，前向电压则分为了28、29、30、31四个BIN区间。LED厂家会对生产出来的LED灯按照这些光电参数的划分区域进行筛选，比如某个灯属于光强J2等级、前向电压28等级，就筛选到这个等级区域。一般来说，同一批次内的LED灯会是同一个等级区域，光电参数一致性较好。但不同批次的LED灯，则可能处于不同的等级区域，如果使用，可能会带来发光不一致。当然，可以要求厂家严格筛选，保证每一个批次的LED灯都处于同一等级，但这样的话，LED灯价格就会昂贵一些，带来成本的增加。
      我们希望每个LED灯之间的光电参数的差异越小越好。在存在一定差异的时候，根据应用场景，比如单板上仅有几个LED灯，基本难以碰到不同批次LED灯的情况，我们就希望厂家能够将BIN区域划分的越多越好，因为这样厂家的筛选就更加严格，每一批次LED灯的光电参数差异就越小。
      对于光强、波长等光参数的差异，我们在设计电路上几乎是无能为力的，只能寄希望于LED灯制造的水平。而对于前向电压Vf，使用图1所示的电路话，就要求VCC电压越高越好，因为这样的话，前向电压Vf变化对前向电流If的影响就越小。如果VCC电压较低时（当然要高于前向电压Vf最大值），可将恒压源电路改为恒流源电路，从而消除LED灯前向电压Vf差异对前向电流If造成的影响。如下图所示为恒流源的改造方法：

图3 恒流源驱动LED灯电路

      这个电路是很简单的，关键点在于设计电路，比如选择稳压源使得三极管b极的电压恒定不变，从而使得限流电阻R1上的电流不变，最终使得LED灯的前向电流If不变。
      一般情况下，最好按照额定前向电流来设计LED灯电路。如果不按额定前向电流来设计，厂家未进行过筛选，LED灯个体间光电参数的差异会更大。
      最终由于这块板卡加了面罩，会均匀发光的不一致性，所以仍采用图1所示的LED灯驱动电路。但这也告诉我，任何一个看似较小较简单的部件，其实都值得去深入研究学习，只有这些基本知识掌握透彻了，才能够加深对设计的理解，提高设计的质量，这是以后自己需要进一步去做的。

kinidrily · 发表于 2019-5-15 17:35

谢谢分享

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