为什么尽管电源电压 < 正向电压,LED 仍会亮起

电器工程 电源 引领 限流
2022-01-26 20:59:46

我有一个 LED,它指定了 3.5V 的典型正向电压和 3.9V 的最大正向电压。

我在其上施加了 3.3V 电压,并串联了一个 300 欧姆的电阻。为什么亮了?

我想知道我是否可以选择这个 LED 作为我设计的可靠选择(如前所述,它在整个电路板的 3.3V 电源下运行)。

我的想法:

LED 数据表有一条正向电压与电流的曲线(我也很困惑,为什么他们将正向电流放在 Y 轴而不是 X 轴上,因为这里的电流会有所不同)。无论如何,曲线显示在较小电流下正向电压下降。也许这就是解释?

这是此 LED 的可下载 PDF 数据表(它是三色 LED,在这个问题中,我指的是蓝色和绿色的规格)。

4个回答

数据表中的“典型”并不意味着任何有用的东西。这些主要是营销数字,通常是供应商试图让自己看起来不错。

最小和最大规格很重要。毫不奇怪,在全工作电流下通常具有 3.6 V 电压的 LED 在 3.3 V 时会稍微亮起。电流可能远小于全电流,但有些 LED 非常亮,在你的工作台在最大电流的一小部分。

不,这种型号的 LED 在 3.3 伏电压下无法可靠点亮。你找到了一个,你得到的下一个 1000 也可能,但之后的下一个 10000 可能太暗了。除非规格表明确告诉您在 3.3 V 下得到什么,否则您必须假设没有保证。实际上,您可能会在 3.3 V 处获得一些光,但光的数量很容易因部件而异。

你是对的 - 正向电压取决于正向电流。

您在典型值表中看到的正向电压是针对 20mA 的电流,当同时使用所有 3 种颜色时,这太高了(第 3 页上的绝对额定值表中的脚注二 - 15mA 是其中的最大值)案子)。

当您查看数据表中的图 2 时,您可以看到正向电压和正向电流之间的关系。您在这里看到的是,对于 3.3V 的正向电压,可以预期 20mA 的正向电流。使用3V,它将是8mA。更高的电阻值不会使这更可靠,它只会使 LED 更暗。您希望电阻尽可能小。

电阻器应仅大到足以在 15mA 的电流下将正向电压降至约 3.1V - 这意味着约 13.3 欧姆的值(不过,红色 LED 的电阻需要更大)。

这个 LED 是否适合您取决于您​​需要的亮度。如果您不需要它完全点亮(或者您使用强度更高的版本,请参阅第 4 页),它会起作用。如果您想确保可以使用全部强度,则需要使用另一种强度。奥林是对的——批次之间的差异也可能意味着有些比其他的更亮。为确保亮度均匀,您需要控制流过 LED 的电流。

LED 不是理想的二极管,因此“开启”点 (Vf) 并不是一个完美的急剧转变。如果我们查看典型 LED 的 IV 曲线,我们可以看到:

LED IV 曲线

Vf 通常取例如 20mA(一些数据表会在不同电流下给出几个 Vfs)

由此我们可以看出,很难通过改变其两端的电压来控制 LED,因此为了获得最佳控制,需要一个恒流驱动器。您可以购买大量专门用于此任务的 IC,或者您可以推出自己的简单来源。
使用恒流驱动器,如果 LED 的 Vf 变化(过程、温度等),则驱动器会进行补偿以保持电流恒定,因此如果您希望电流准确而不受部件可变性的影响,这就是做事的方法(注意XmA 处的亮度可能会有所不同,因为这也会有所不同)


驱动电源电压高于、低于或高于/低于输出电压的 LED

有不同类型的 LED 驱动器 - 有些只是基本的恒流限制器,有些使用升压(或降压)拓扑或电荷泵来为恒流提供更宽的合规范围。

简单的恒流驱动器:

当电压接近电源电压时,一个简单的恒流驱动器将失去调节(由于限制元件两端的压降)这将在数据表中给出(参见本示例部件数据表中的最低电源开销,第 10 页)

简单的 LED 驱动器

升压 LED 驱动器

使用升压拓扑的 LED 驱动器(就像开关稳压器,但设置为恒定电流而不是电压)仍将提供恒定电流,但它会将其电压提高到电源范围以上,以实现以总 Vf 串联驱动 LED高于电源电压:

LED 升压驱动器

SEPIC、降压-升压、Cuk LED 驱动器

好的,那么当您的输入电压高于低于输出电压时,情况会怎样呢?一个典型的例子是使用锂离子电池,其变化范围为~4.3V - ~2.7V,需要 3V 的输出来推动所需的电流通过 LED。
在这种情况下,我们使用 SEPIC、buck-boost 或 Cuk 驱动程序。所有人都可以在这里做同样的事情,但有不同的拓扑结构(为什么你会选择一个而不是另一个是你可能想要做的进一步阅读——那里有很多书籍/应用笔记......)

无论如何,这是一个使用LM3410的 SEPIC 电路示例:

LED SEPIC 驱动器

这是输入电压高于和低于输出电压时的效率表,您可以看到 LED 电流的调节保持完美:

LED SEPIC 效率

(我也很困惑为什么他们将正向电流放在 Y 轴而不是 X 轴上,因为电流在这里会有所不同)。

有人告诉我,二极管的导通取决于引脚上的电压降。这就是为什么能够流动的电流与二极管(或 LED)上的电压降直接相关的原因。这就是为什么电压是X,电流是Y轴。