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、壽命長等優(yōu)點。近年來,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——投影機光源等。隨著國家節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)政策的實施和低碳經(jīng)濟的發(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”,這里所說的“最大正向電流值”的含義是:正向工作電流一旦超過此值,將造成發(fā)光二極管損壞。為此,我們設(shè)計了以下測試電路來測量LED燈的工作電流、電壓與LED燈發(fā)光強度之間的關(guān)系,其測試電路和測試數(shù)據(jù)分別見圖1和表1。
圖1 測試電路示意圖
該測試電路圖雖然很簡單,但所選用的儀表、元器件有些精度要求較高,這是因為最大發(fā)光強度對應(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試,現(xiàn)將關(guān)鍵元器件和測量儀表介紹如下:R w1選用的是精密級多圈式線繞電位器,型號: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:ZX21,最小步進值0.1 Ω;直流毫安表是磁電式機械表,精度:0.5級,型號:C19-mA;直流電壓表是普通數(shù)字萬用表,輸入阻抗:10 MΩ;6 V電源用普通晶體管穩(wěn)壓電源;測試用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。
在測試過程中,要注意合理控制R w1和R w2,起步時,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、達到和超過IF m以后,精確控制電流的任務(wù)要由R w2來完成,而且還要保證電阻箱能夠平滑地變化到0.1 Ω,否則超過IF m之后的電參數(shù)不易測出。
根據(jù)表2測試的數(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對應(yīng)的電流值和電壓值分別為55 mA和3.45 V?,F(xiàn)在的問題是:LED燈發(fā)光強度最大值所對應(yīng)的這個電流值是不是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驗,得出結(jié)論:超過最大亮度后I-E特性曲線不可逆,不重復(fù),即證明電流值超過最大亮度對應(yīng)的電流值后,已經(jīng)造成二極管損壞。其實如果長時間使發(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燈使用手冊上建議實際應(yīng)用時IF值應(yīng)選擇在0.6IF m以下。如果讀者沒有條件測試IF m,對于小功率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,下面給出了一個典型應(yīng)用電路及實測參數(shù)值供讀者應(yīng)用時參考。
實測參數(shù)如表2所示。
表1 測試結(jié)果
從圖5和表2可以看出:在發(fā)光強度未到達最大值之前,更高亮度的獲得是以消耗更大的功率為代價的。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: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,而不是簡單地提高單支LED燈的發(fā)光強度,這是我們在運用時應(yīng)加以注意的。
表2 實測參數(shù)
續(xù)表2
續(xù)表2
表2數(shù)據(jù)說明:
(1)LED燈的發(fā)光強度,我們是用照度計測得的照度值來反映的,為了使數(shù)據(jù)變化更加明顯,我們將照度計與發(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的感光面上,且使光線垂直于照度計感光面,故表2中的感光照度值是相對值,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,后兩項數(shù)據(jù)是為了說明如何應(yīng)用LED燈而準(zhǔn)備的。
[1]周志敏.白光LED驅(qū)動電路設(shè)計與應(yīng)用實例〔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