LED燈主要電參數(shù)的測試方法及其應(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。現(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