发光二极管（LED）是一种能够将电能转化为光能的固态半导体器件。当电流通过它们时，LEDs会发出特定波长的光线。希望通过该博客能让您更加了解发光二极管（LED）。

发光原理

LED是如何将电能转换成光能的？

发光二极管（LED）的基本结构是PN结。其工作原理是基于一种称为“电致发光”的现象。当正向偏置电压施加到LED的P-N结构上时，电子从N型区移动到P型区，而空穴从P型区移动到N型区。当电子和空穴在P-N结处相遇并复合时，电子从高能级跃迁到低能级，释放出的能量以光子的形式发出，形成可见光。光的颜色取决于所使用的半导体材料的特性，比如镓砷化物（GaAs）用于红色LED，而氮化镓（GaN）用于蓝光和绿光LED。不同的半导体材料具有不同的能带结构，可以发射不同颜色的光。此外，现代LED的设计还考虑了如何有效地引导光子出射以及减少热量损失，从而提高整体的光电转换效率。

性能参数

LED的亮度、发光强度等性能参数是什么意思？

理解LED的亮度、发光强度等性能参数对于评估LED的应用非常重要。因此，INFINITECH整理出以下常见的参数解析，以帮助有需要的读者们：

亮度（光通量）：表示单位时间内LED发出的总光能量，通常用流明（lm）作为单位。亮度越高，意味着LED发出的光越多。

发光强度：指的是单位立体角内LED发出的光通量，通常用坎德拉（cd）作为单位。这是衡量LED在特定方向上的亮度。

光谱功率分布（SPD）：描述了LED在不同波长下的光输出强度。它可以帮助确定LED的颜色属性，如色温等。

色温：用来描述LED发出的光的颜色特性，通常用开尔文（K）表示。较低的色温（如2700K）呈现暖黄色，较高的色温（如6500K）呈现冷白色。

显色指数（CRI）：衡量LED再现物体真实颜色的能力。CRI值范围从0到100，数值越高，表示显色性越好。

工作电流：LED正常工作所需的电流。正确的电流设置对于保证LED的寿命和效率至关重要。

工作电压（Vf）：正向偏置电压下LED开始发光所需的电压。不同的LED有不同的工作电压。

视角：指的是LED在不同角度下仍能保持一定亮度水平的角度范围。较大的视角意味着LED可以在更宽的角度范围内提供均匀的光照。

效率：通常指的是光效，即每瓦特输入功率产生的光通量，单位是流明/瓦（lm/W）。效率越高，表明LED更加节能。

寿命：LED的工作寿命通常以小时为单位表示，比如L70寿命是指LED亮度衰减至初始亮度70%的时间点。

颜色与材料

不同颜色的LED是由什么材料制成的？

不同颜色的LED通常由不同的半导体材料制成，这是因为不同的材料具有不同的能带结构，能够发射不同波长（颜色）的光。以下是几种常见颜色的LED及其对应的材料：

红光LED：通常使用镓砷化物（GaAs）或铝镓砷化物（AlGaAs）。波长大约在600到700纳米之间。

橙光LED：通常使用铝镓铟磷（AlGaInP）。波长大约在590到620纳米之间。

黄光LED：通常使用铝镓铟磷（AlGaInP）。波长大约在570到590纳米之间。

绿光LED：通常使用铝镓铟磷（AlGaInP）或氮化镓（GaN）。波长大约在500到570纳米之间。

蓝光LED：通常使用氮化镓（GaN）。波长大约在450到500纳米之间。

紫光LED：通常使用氮化镓（GaN）。波长大约在380到450纳米之间。

白光LED：通常是通过在蓝光LED芯片上涂覆一层荧光粉（如钇铝石榴石YAG荧光粉）来实现的。蓝光激发荧光粉发出黄光，与蓝光混合产生白光效果。没有具体的波长，而是由蓝光和黄光混合的结果。

这些材料的选择取决于所需的发光波长。通过调整材料的成分，可以微调LED的发光颜色。此外，还有一些特殊的LED，如近红外和紫外LED，它们使用的材料也有所不同，但基本原理相同。

如何计算限流电阻的大小

如何确定正确的限流电阻值以保证LED正常工作而不受损？

为了确保LED正常工作且不会因过流而损坏，需要计算合适的限流电阻值。首先，确定电源电压（V_supply​）和LED的正向电压（V_f​），后者通常可以在LED的数据表中找到。同时，也需要知道LED的正向电流（I_f​）。接下来，使用公式R_series​=（​V_supply​−V_f​​ ）/I_f计算限流电阻值。然后，选择一个标准的电阻值，该值最接近计算得到的电阻值，并确保所选的电阻能够承受的最大功耗大于或等于LED工作时电阻上消耗的功率，即P_resistor​=I_f²​×R_series​。最后，检查电阻的温度系数以避免因温度变化导致的电阻值变化。

例如，如果供电电压为5伏特，LED的正向电压为3.2伏特，推荐的正向电流为20毫安，则限流电阻值为 （5−3.2）/​0.020=90Ω。这样，您就可以选择一个大约90欧姆的电阻来限制电流，确保LED正常工作。

连接方式

LED应串联还是并联使用？

左图为并联电路，右图为串联电路

串联连接意味着多个LED依次相连，电流会从一个LED流向下一个LED，依此类推。这种连接方式的特点是所有LED中的电流都相同，而总电压则是各个LED正向电压之和。如果其中一个LED出现故障，整串LED都将停止工作。通常在电源电压高于单个LED的正向电压时采用串联方式，以便利用较高的电源电压。

并联连接指的是多个LED并排连接，每个LED都直接接到电源上。这种方式的特点是每个LED两端的电压相同。即使其中一个LED发生故障，其他LED仍能正常工作。每个LED都需要有自己的限流电阻。通常在电源电压接近单个LED的正向电压时采用并联方式，以增加亮度或提高系统的可靠性。

串联与并联的组合使用是指先将多个LED串联组成一组，然后将这些组并联在一起。这种组合方式融合了串联和并联的优点，能够平衡电源电压和电流的需求，同时提高系统的可靠性和灵活性。适用于需要平衡电源电压和电流，并增强系统容错能力的情况。

选择建议

• 如果电源电压远高于单个LED的正向电压，通常选择串联连接。

• 如果需要限制每个LED的电流，使用并联连接，并为每个LED添加限流电阻。

• 如果可靠性很重要，可以选择并联连接，因为即使一个LED失效，其余的LED仍然可以正常工作。

工作条件

LED的最佳工作电压和电流是多少？

LED的正向电压通常在1.8到3.6伏特之间，具体取决于LED的颜色和类型。例如，红色和黄色LED的正向电压较低（约1.8到2.2伏特），而蓝色和白色的LED正向电压较高（约3.0到3.6伏特）。

典型的LED正向电流范围从几毫安到几百毫安。常见的小功率LED正向电流为20mA，而更高功率的LED可能需要更大的电流才能达到预期的亮度。

电流吸收，输出为低，LED亮

电流源，输出为高，LED灭

示例

假设您有一个蓝色LED，其正向电压为3.2伏特，推荐的正向电流为20毫安。在这种情况下，为了保证LED正常工作，您需要确保电路中的电压不低于3.2伏特，并且通过LED的电流不超过20毫安。

测试方法

如何检测LED的好坏？

要检测LED的好坏，可以采用多种简单的方法。其中最常用的是使用万用表进行测试。先是将数字万用表设置为二极管测试模式（通常标记为“Diode”）或低电阻档位（如200Ω或2kΩ）。然后，将万用表的黑色探针（负极）放在LED的阴极（短脚或带有标记的一侧），红色探针（正极）放在阳极（长脚）。如果LED是好的，万用表应该显示出一个正向电压降，该电压通常在1.8到3.6伏特之间，具体取决于LED的类型。反转探针位置（黑色探针接触阳极，红色探针接触阴极），此时万用表应该显示无穷大或OL（超出范围），表示反向阻断特性良好。

图源于：即时百科

除了使用万用表外，还可以通过视觉检查来初步判断LED的状态。检查LED是否有明显的物理损伤，如裂缝、烧焦痕迹或变形。对于透明或半透明封装的LED，可以通过观察内部是否清洁、是否有杂质来判断其好坏。

另一种方法是构建一个简单的测试电路来检测LED。根据电源电压和LED的正向电压及电流，计算合适的限流电阻值。然后使用适当的电源电压，确保它高于LED的正向电压。将LED接入电路，观察是否发光。如果发光，则LED是好的；如果不发光，则可能是LED损坏或电路存在问题。

在进行以上测试时，需要注意确保使用正确的测试电压，不要超过LED的额定电压，以免损坏LED。在使用万用表之前，请确保熟悉其操作方法，并采取适当的安全措施。通过这些方法，您可以较为准确地检测出LED是否完好无损。希望这些信息对您有所帮助！如果有任何疑问或需要进一步的帮助，请随时提问。

常见故障及解决方法

LED不亮的原因是什么？

电源问题

电压不足：电源电压低于LED的正向电压。

电源故障：电源未提供足够的电流或完全不工作。

解决方案：确认电源电压是否符合LED的要求，电源是否正常工作。

电路连接问题

接线错误：LED的正负极接反。

断路：电路中有断开的部分，如断线或接触不良。

短路：电路中存在短路，导致电流绕过LED。

解决方案：确保LED正确安装，没有接线错误或断路。

限流电阻问题

电阻值不合适：限流电阻值过高或过低，导致电流不足以点亮LED或过流损坏LED。

电阻故障：限流电阻损坏或断开。

解决方案：使用万用表检查限流电阻的阻值是否正确，电阻是否损坏。

LED本身的问题及其他因素

物理损坏：LED内部损坏，如焊点断裂、晶片故障等。

电气故障：LED的电气特性改变，无法正常工作。

老化：LED使用时间过长，亮度逐渐下降直至不亮。

温度过高：LED在过高的温度下工作，可能导致内部组件损坏。

湿度过大：湿度过高可能导致LED内部腐蚀或短路。

驱动电路问题：驱动电路出现问题，不能提供稳定的电流或电压。

解决方案：使用万用表测试LED的正向电压，或者在另一个已知正常的电路中测试LED。如果发现某个部件有问题，尝试更换新的部件。

大功率LED烧毁的原因及预防措施是什么？

大功率LED烧毁的原因

过热：LED工作时会产生大量热量，如果散热不佳，会导致温度过高。在高温环境下使用大功率LED也可能导致过热。

过流：限流电阻或驱动电路配置不当，导致通过LED的电流过大。电源电压不稳定，导致瞬时电流过大。

电气故障：电路中的短路导致电流异常。电源电压高于LED的额定电压。

机械损伤：LED受到物理撞击或振动导致内部损坏。

质量问题：LED制造过程中存在的质量问题。

预防措施

改善散热：为LED配备高效的散热器，确保热量可以有效散发。合理安排LED的安装位置，避免过于密集。

精确限流：使用恒流驱动电路来确保LED工作在安全的电流范围内。根据LED的额定电流和电源电压，计算并使用合适的限流电阻。

保护电路：安装过压保护装置，如稳压二极管，防止电压过高导致LED损坏。使用保险丝或其他保护措施来防止短路。

质量控制：购买来自信誉良好的制造商的产品，并确保产品经过严格的质量检验。定期检查LED及其电路，及时更换损坏的部件。

环境控制：确保LED在适宜的温度和湿度环境中工作。

通过采取上述预防措施，可以大大降低大功率LED烧毁的风险，确保LED的长期稳定运行。