LED燈主要電參數(shù)的測(cè)試方法及其應(yīng)用

王文江，楊 潔

(黔南民族師范學(xué)院物理與電子科學(xué)系，都勻 558000）

LED燈(發(fā)光二極管），具有功耗低、發(fā)光效率高、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)，隨著大功率LED器件的研發(fā)不斷取得突破，LED燈的應(yīng)用也日趨普及，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于燈飾照明、燈箱廣告、液晶顯示器背光屏、手電筒，甚至還應(yīng)用到高亮度領(lǐng)域——投影機(jī)光源等。隨著國(guó)家節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)政策的實(shí)施和低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展要求，LED燈的應(yīng)用前景將更加廣闊。但怎樣才能應(yīng)用好LED燈，使其安全可靠地工作于高亮狀態(tài)呢?這便是筆者與同行探討的問(wèn)題。

要用好LED燈，關(guān)鍵的是要確定IF m值，即確定“最大正向電流值”，這里所說(shuō)的“最大正向電流值”的含義是:正向工作電流一旦超過(guò)此值，將造成發(fā)光二極管損壞。為此，我們?cè)O(shè)計(jì)了以下測(cè)試電路來(lái)測(cè)量LED燈的工作電流、電壓與LED燈發(fā)光強(qiáng)度之間的關(guān)系，其測(cè)試電路和測(cè)試數(shù)據(jù)分別見(jiàn)圖1和表1。

圖1 測(cè)試電路示意圖

該測(cè)試電路圖雖然很簡(jiǎn)單，但所選用的儀表、元器件有些精度要求較高，這是因?yàn)樽畲蟀l(fā)光強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的電流值不易控制且不穩(wěn)定，為了便于大家在今后的工作中能夠順利測(cè)試，現(xiàn)將關(guān)鍵元器件和測(cè)量?jī)x表介紹如下:R w1選用的是精密級(jí)多圈式線繞電位器，型號(hào):WX5－11，功率:5 W，阻值:10 kΩ;R w2選用直流多值電阻器(即電阻箱），型號(hào):ZX21，最小步進(jìn)值0.1 Ω;直流毫安表是磁電式機(jī)械表，精度:0.5級(jí)，型號(hào):C19－mA;直流電壓表是普通數(shù)字萬(wàn)用表，輸入阻抗:10 MΩ;6 V電源用普通晶體管穩(wěn)壓電源;測(cè)試用LED燈是Φ5白色聚光型發(fā)光二極管，廠家給出的參數(shù)值為 VF:3.2 ～3.4 V，IV:16000 ～18000 mcd。

在測(cè)試過(guò)程中，要注意合理控制R w1和R w2，起步時(shí)，將R w2設(shè)定為100 Ω～200 Ω，在接近IF m值之前，用R w1控制電流還是比較容易的，當(dāng)電流接近、達(dá)到和超過(guò)IF m以后，精確控制電流的任務(wù)要由R w2來(lái)完成，而且還要保證電阻箱能夠平滑地變化到0.1 Ω，否則超過(guò)IF m之后的電參數(shù)不易測(cè)出。

根據(jù)表2測(cè)試的數(shù)據(jù)，我們分別作出了I－E特性曲線(圖2）、U－E特性曲線(圖3）和P－E特性曲線(圖4）。從圖2、圖3我們可以看出:發(fā)光二極管最大亮度時(shí)對(duì)應(yīng)的電流值和電壓值分別為55 mA和3.45 V?，F(xiàn)在的問(wèn)題是:LED燈發(fā)光強(qiáng)度最大值所對(duì)應(yīng)的這個(gè)電流值是不是IF m值呢?我們認(rèn)為是。為什么?根據(jù)IF m參數(shù)的定義，我們做了幾次破壞性實(shí)驗(yàn)，得出結(jié)論:超過(guò)最大亮度后I－E特性曲線不可逆，不重復(fù)，即證明電流值超過(guò)最大亮度對(duì)應(yīng)的電流值后，已經(jīng)造成二極管損壞。其實(shí)如果長(zhǎng)時(shí)間使發(fā)光二極管工作于最大亮度狀態(tài)也是不合理的。我們注意到，在此狀態(tài)下，管子老化得很快，故LED燈使用手冊(cè)上建議實(shí)際應(yīng)用時(shí)IF值應(yīng)選擇在0.6IF m以下。如果讀者沒(méi)有條件測(cè)試IF m，對(duì)于小功率LED燈，IF也可直接應(yīng)用小功率LED燈的推薦值20 mA，即使其工作在大約60%最大亮度的狀態(tài)。

圖2 I-E特性曲線

圖3 U-E特性曲線

圖4 P-E特性曲線

圖5 典型應(yīng)用電路圖

為了便于大家應(yīng)用，下面給出了一個(gè)典型應(yīng)用電路及實(shí)測(cè)參數(shù)值供讀者應(yīng)用時(shí)參考。

實(shí)測(cè)參數(shù)如表2所示。

表1 測(cè)試結(jié)果

從圖5和表2可以看出:在發(fā)光強(qiáng)度未到達(dá)最大值之前，更高亮度的獲得是以消耗更大的功率為代價(jià)的。隨著亮度的不斷增加，單位功率的照度值是在不斷減小的，換句話說(shuō):就是發(fā)光效能是在減小的〔光效(lm/W）:光源發(fā)出的光通量除以光源所消耗的功率〕。若想要提高亮度和發(fā)光效能，應(yīng)該是增加LED燈的數(shù)量，而不是簡(jiǎn)單地提高單支LED燈的發(fā)光強(qiáng)度，這是我們?cè)谶\(yùn)用時(shí)應(yīng)加以注意的。

表2 實(shí)測(cè)參數(shù)

續(xù)表2

續(xù)表2

表2數(shù)據(jù)說(shuō)明:

(1）LED燈的發(fā)光強(qiáng)度，我們是用照度計(jì)測(cè)得的照度值來(lái)反映的，為了使數(shù)據(jù)變化更加明顯，我們將照度計(jì)與發(fā)光二極管靠得比較近，并且使LED燈聚焦光斑全部落在照度計(jì)的感光面上，且使光線垂直于照度計(jì)感光面，故表2中的感光照度值是相對(duì)值，不是定義值。

(2）表2中除了電流、電壓、照度值外還有功率值和單位功率照度值，后兩項(xiàng)數(shù)據(jù)是為了說(shuō)明如何應(yīng)用LED燈而準(zhǔn)備的。

［1］周志敏.白光LED驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用實(shí)例〔M〕.北京:人民郵電出版社，2009

［2］毛興武.新一代綠色光源LED及其應(yīng)用技術(shù)〔M〕.北京:人民郵電出版社，2008