LED使用方式介紹
一、 簡介
LED(Light Emitting Diode)是一種能發光的半導體電子元件,將電能直接轉換成光,相較於傳統光源由電轉化爲熱,再由熱能轉化成光能的發光過程,LED具有高發光效率、節能及壽命長等特點。隨著LED產業的發展,除了傳統的單晶、多晶LED封裝,也衍生出將驅動IC封裝進 LED內的產品(RGB+IC)。
二、 LED規格介紹
此章節介紹LED規格書常見的特性與規格說明,各款LED規格不盡相同,使用時請參照對應的規格書。
- 驅動條件限制(Absolute Maximum Ratings)
如下圖1,規範LED在25 ̊C能承受的最大驅動條件,超出表格中的驅動條件可能造成產品損壞、效能及壽命降低…等風險,常見的規範如下:
*逆向電壓(VR):LED能承受的逆偏壓大小。
正向電流(IF):直流驅動時,電流大小不能超過25mA。當溫度超過25 ̊C時,請參考下圖2的減額曲線,例:40 ̊C時電流大小不可超過20mA。
PWM驅動電流(IFP):當PWM頻率=1kHz; Duty = 10%,電流大小不能超過100mA。
*註:LED電路設計應避免逆偏壓產生。
圖(1). 驅動條件限制
圖(2). 減額曲線 光電特性(Electro-Optical Characteristics)
2. 光電特性(Electro-Optical Characteristics)
LED生產會經過定電流自動測試機檢測特性,下圖3標示在25 ̊C時量測出的光電特性,圖中右側的Condition欄位代表測試條件。
圖(3). 光電特性
發光強度(IV):電流5mA驅動時,亮度範圍在72~180mcd。
發光角度(2θ1/2):LED發光強度衰減到50%的角度,如下圖4,虛線標示衰減到50%強度 時角度是±65 ̊因此
標示130 ̊。
圖(4). 發光角度圖
正向電壓(VF):電流由LED正極流向負極時,正、負極間產生的電壓稱為正向電壓。5mA驅動時VF範圍2.6V~3.0V。VF 會隨著IF成正比變化。如下圖5,10mA驅動時 VF=3.0V;25mA驅動時VF = 3.4V。
圖(5). IF vs VF關係圖
三、 LED驅動方式介紹
- 傳統LED驅動方式:
LED的光電特性(如:亮度、VF)隨著驅動電流的不同而有很大的變化。LED驅動方式分為定電壓與定電流兩種。定電壓驅動的線路僅需電壓源與限流電阻,因此線路簡單且價格便 宜,但電流變化較大導致LED的光色一致性較差。定電流驅動一般需加定電流驅動IC,成 本較高,但LED的光色一致性較佳。
(a)定電壓驅動:
如下圖6,注意每一顆LED的線路上皆須加上限流電阻,不建議多顆LED共用一顆限流電阻,且VCC需大於LED VF。
圖(6). 定電壓驅動線路
透過? = ?/? 可計算LED流過的IF大小。
例:限流電阻R1, R2=500Ω;VCC = 5V
LED1 VF = 2.6V,LED2 VF = 3V。
則LED1 IF =4.8mA <?? = (5V−2.6V) / (500);LED2 IF =4mA , ?? = (5V−3V) /(500)
LED VF會隨著電流大小變化且生產時VF也有差異,同款LED使用相同的限流電阻,IF也 會不同。IF不同會使LED的波長、亮度產生變化,因此光色一致性要求高的應用,不建議使用定電壓驅動。
(b) 定電流驅動
如下圖7,定電流驅動輸出的電流是固定的,建議每一定電流源對應一顆LED,電流相同則LED的光色一致性較佳。若將LED並聯,則兩顆LED的IF仍會因VF差異而不同,因 此不建議使用。
圖(7). 定電流驅動線路
- LED內建IC驅動方式
有別於傳統LED,每顆RGB+IC的產品內有一顆定電流驅動IC,不須額外的定電流源即可完成定電流驅動的效果。RGB+IC有單線控制(Data)與雙線控制(Data, Clock)兩種方式, 市面上常見為單線控制產品,線路建議如圖8,以單線傳遞訊號,將產品串接在一起,僅 需使用DIN及DOUT兩隻接腳,即可完成串接多顆RGB LED的效果;透過DIN訊號,各色 LED有8bit=256階的PWM Duty控制,詳細資料請參考單線式RGB+IC應用手冊。
圖(8). RGB+IC驅動線路
四、 驅動方式優缺點比較
LED 常見的三種驅動方式特色比較如下圖 9,建議使用者依據需求選擇不同的產品、驅動 方式。