LED硬件电路设计

  • 1 简介
  • 2 LED的参数
  • 3 驱动方式
    • 3.1 定电压驱动
    • 3.2 定电流驱动
  • 4 应用场景
  • 5 设计要点

1 简介

发光二极管(简称LED),是一种发光的电子器件,能将电能转换为光能。这种器件不仅发光效率高,而且节能、寿命长。LED会议波长来表示颜色,但这并非是发光波长的峰值。

颜色 波长 颜色 波长
紫色 400~435 黄绿 560~580
蓝色 400~480 黄色 580~595
蓝绿 480~500 橘色 595~610
绿色 500~560 红色 610~760

LED的单向导电性:贴片 LED 真正发光亮的核心部件是 LED 芯片(die),也就是靠近负极那部分!

2 LED的参数

参数 描述
正向电流(IF) If 是指 LED 正常发光时所流过的正向电流值。直流驱动时,电流大小不能超过 25mA
正向电压(VF) 指在给定的工作电流下,LED 本身的压降。电流由 LED 正极流向负极时,正、负极间产生的电压称为正向电压。
正向脉冲电流值IFP 指流过 LED 的正向脉冲电流值。为保证寿命,通常会采用脉冲形式来驱动 LED,通常 LED 规格书中给中的 Ifp 是以 0.1ms 脉冲宽度,占空比为 1/10 的脉冲电流来计算的。
逆向电压(VR) LED 所能承受的最大反向电压,超过此反向电压,可能会损坏 LED。
耗散功率 PD 即正向电流乘以正向电压。
光束Φv [lm] 从光源射出的全部光量。单位为 lm(流明)
发光强度(IV) 电流 5mA 驱动时,亮度范围在 72~180mcd。
  • 不同的 LED,其允许流过的最大电流也会不一样,在实际应用中通常选择If=0.6*Ifmax,须留有一定的余量。对于小功率 LED,一般为 15mA,这是小功率LED 的正常工作电流。但目前出现了大功率 LED 的芯片,所以 IF 就要根据芯片的规格来确定正向工作电流。
  • mcd:光通量的空间密度,即单位立体角的光通量,叫发光强度,是衡量光源发光强弱的量,其中文名称为"坎德拉",符号就是"cd"。(流明是光照度;是光通量的单位;照度是单位面积的光通量;坎德拉是光强;是光强单位;光强是单位立体角的光通量。)

正向电流与正向电压的关系:

3 驱动方式

3.1 定电压驱动

不建议 建议

注意每一颗 LED 的线路上皆须加上限流电阻,不建议多颗 LED 共享一颗限流电阻,且 VCC 需大于 LED VF。

3.2 定电流驱动

不建议 建议

定电流驱动输出的电流是固定的,建议每一定电流源对应一颗 LED,电流相同则 LED 的光色一致性较佳。若将 LED 并联,则两颗 LED 的 IF 仍会因 VF 差异而不同,因此不建议使用。

4 应用场景

  • DONE或者INIT_B 信号。
  • FPGA 的一些 IO 口信号用来做调试。
  • 电源指示灯。
  • 在数据交互,比如万兆口或者是 USB 转串口。

5 设计要点

  • 可以采取多种方式加载 LED 灯。

  • PCB 设计时注意添加丝印标志以区分这些灯的作用。(比如 DONE 信号)

  • 不同颜色 LED 的压降及发光效率存在差异,注意限流电阻的取值(I↑→U↑→P↑ 功率 P 越大,灯越亮)

  • 限流电阻计算:R=(3.3-VF)/I

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