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從LED原理分析用恒流供電還是恒壓供電

作者：茅于?！?/div>
　　現(xiàn)在有關(guān)這個標題有很多各種不同似是而非的說法，有人說：在LED伏安特征上，電壓定了，電流也就定了。所以采用恒壓和恒流后果是一樣的。有人說LED并聯(lián)時就應當采用恒壓電源供電，而LED串聯(lián)時就應當采用恒流電源供電；有人說，由于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當采用恒壓電源供電，采用蓄電池供電時，就應當采用恒流電源供電。至于為什么這樣請求，似乎誰也說不明白。

　　那么，到底是應當采用恒壓電源，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。由于LED的亮度是和它的正向電流成正比，而且一些LED的結(jié)構(gòu)決定了它的散熱也就是功耗。所以大多數(shù)LED會給出額定電流，例如Φ5為20mA，1W的為350mA等，但這并不即是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。
　　要深進懂得這個標題首先要知道LED的伏安特征。
　　1. LED的伏安特征
　　LED的中文名字就是發(fā)光二極管，所以它本身就是一個二極管。它的伏安特征和一般的二極管伏安特征非常類似。只不過通常曲線很陡。例如一個20mA的草帽LED的伏安特征如圖1所示。

圖1. 小功率LED的伏安特征


　　假如用干電池或蓄電池供電，那么由于LED伏安特征的非線性，很小的電壓變更就會引起很大的電流變更，上圖中電源電壓在3.3V時正向電流為20mA的LED，假如用3節(jié)干電池供電，新的電池電壓超過1.5V，3節(jié)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伏安特征，而一個12V蓄電池的電壓，在布滿電到快放完電的電壓可以從14.5V降到10.5V。相差將近20％。從伏安特征上可以看出，電源電壓的10％的變更（3.4V-3.1V），就會引起正向電流的3.5倍的變更（從350mA變到100mA）。

圖2. 1W大功率LED的伏安特征

　　2．伏安特征的溫度系數(shù)
　　到現(xiàn)在為止，還有很多人認為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的伏安特征并不是固定的，而是隨溫度而變更的，所以電壓定了，電流并不必定，而是隨溫度變更的。這是由于是LED是一個二極管，它的伏安特征具有負溫度系數(shù)的特點。



圖3. 伏安特征的溫度特征

　　溫度系數(shù)通常是-2mV/度（-1.5—2.5mV/°C）,也就是隨著溫度的升高，其伏安特征左移，假如所加的電壓為恒定，那么顯然電流會增加。而LED本身的效率很低，溫升很高，加電以后，假如散熱不好，其溫度很輕易上升到八、九十度以上。假定采用3.3V恒壓源常溫下工作在20mA，而溫度升高到85度時，電流就會增加到35-37mA，而其亮度并不增加。電流增加只會使它的溫升更高，這樣就會增加光衰，下降壽命。
　　而且假如不用恒流源而用恒壓源供電時，常溫下工作在20mA時,到了-40度時,電流就會下降至8-10mA,亮度會下降。對于1W的大功率LED芯片，情況也是一樣，而且由于功率大，散熱更不輕易，溫升標題更加嚴重。

　　3. 用恒壓電源以后能不能靠串聯(lián)電阻來穩(wěn)固電流？
　　串聯(lián)電阻只有限流的作用，也就是假如電源電壓比LED串聯(lián)以后的電壓還要高，那么就需要串聯(lián)電阻來限流，以免損壞LED。但是假如想要用串聯(lián)電阻來減小溫度的影響，它的作用是很小的，這可以從伏安特征上看出，串聯(lián)電阻以后的確可以減小溫升帶來的電流升高，電阻越大，電流隨溫度變更越小，但是只是減小，并不能打消。而且很明顯，電阻將帶來額外的功耗，使得LED的總體效率下降。假定所用的LED為1W的LED，其電流為0.35A。假定串聯(lián)的電阻為100歐姆，所耗費的功率就高達12.25W顯然是不能接收的，即使把電阻下降到10歐姆，其功耗仍然有1.225W。比LED本身的功耗還要大。為了減小這種功耗，就必需把電阻再減小。然而，減小電阻的成果是使得由溫升所引起的電流變更還是照樣加大。所以，串聯(lián)電阻決不是一個好措施。

圖4. 串聯(lián)電阻只能減小溫度的影響，而不能打消其影響

　　4．幾個LED并聯(lián)，能不能用恒壓電源？
　　由于LED伏安特征的離散性，不但不同廠家生產(chǎn)的同樣瓦數(shù)的LED伏安特征不一樣，就是同一廠家生產(chǎn)的同一型號的LED其伏安特征也是不同的。

圖5. 不同廠家和同一廠家生產(chǎn)的LED伏安特征的離散性

　　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(lián)后，采用恒壓電源供電，能不能用不同的串聯(lián)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中就顯示了這個標題，常溫下的LED伏安特征以實線表現(xiàn)，兩個LED的伏安特征在斜率上略有差別，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，其伏安特征左移，如虛線所示。由于還是本來的恒壓和本來的電阻，此時的電流卻變成了I1和I2。不即是本來的Io了。

圖6. 串聯(lián)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(lián)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， 這是由于所有LED串聯(lián)以后相當于各個LED的伏安特征沿電壓軸串聯(lián)

　　圖6. 多個LED串聯(lián)，相當于多個伏安特征在恒流點疊接，加電以后溫度上升，所有伏安特征左移。

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

　　綜上所述，給LED供電，必定要采用恒流電源供電，電流恒定以后，不管溫度怎么變更，伏安特征如何左移，電流都不變！結(jié)溫也就不會惡性循環(huán)了！