如何DIY一個(gè)大功率白光LED驅(qū)動(dòng)

本文主要介紹大功率LED的一些基本資料。

LED目前相對其他光源的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在體積，光效和壽命上，LED和其他光源的對比請參考這一篇文章《白光LED和其他光源的比較》，白光LED的發(fā)光原理很特別，是采用藍(lán)光核心，外加熒光粉，熒光粉依靠核心的激發(fā)產(chǎn)生復(fù)色光，和藍(lán)光混合之后，視覺上感覺是白色的。根據(jù)熒光粉的構(gòu)成比例不同，白光LED也有不同色溫的產(chǎn)品。

大功率LED目前比較普遍的產(chǎn)品有兩種，一種是單核心（發(fā)光體），一種是多核心。

單核心產(chǎn)品在體積和重量等方面占有很大優(yōu)勢，而且接近點(diǎn)光源，可以獲得良好的聚光效果，也能產(chǎn)生均勻的漫射，因此用途最廣。主要的用途是LED手電，頭燈，小型便攜式照明設(shè)備，小型閃光燈等。

缺點(diǎn)也很明顯，因?yàn)榭臻g有限，單體功率不容易做大，功率提升到一定程度后，需要的散熱設(shè)備占據(jù)了LED的大部分封裝空間。

多核心產(chǎn)品是采用多個(gè)單核心的發(fā)光體，按照一定的規(guī)律排成發(fā)光體陣列，然后用串連和并聯(lián)的方式連接起來，封裝在同一個(gè)散熱基板上。多核心的優(yōu)點(diǎn)是很容易制作超過10W的產(chǎn)品，缺點(diǎn)是發(fā)光體面積大，不容易實(shí)現(xiàn)聚焦。而且隨著功率增長，驅(qū)動(dòng)需求也大幅度提高，相當(dāng)多的多核心產(chǎn)品都要求10V甚至接近20V的驅(qū)動(dòng)電壓和1A左右的驅(qū)動(dòng)電流。

這里我們只討論單核心的產(chǎn)品，以Lumileds的產(chǎn)品系列為例： Lumileds的白光LED主要有1W,3W,5W和K2系列。1W,3W和5W產(chǎn)品都有額定的驅(qū)動(dòng)電壓和電流，而K2則允許相當(dāng)寬的驅(qū)動(dòng)范圍，最大電流高達(dá)1.5A。

LED的個(gè)體差異比較大，一般我們認(rèn)為，LED的正向壓降在3.0V到4.0V之間，額定狀態(tài)下，1W的驅(qū)動(dòng)電流是350mA，3W是700mA-1A，而5W是700mA，依靠接近7V的正向壓降提升功率。

　　包括臺(tái)灣在內(nèi)的一些地方廠家，使用Lumileds的核心，自己做封裝，生產(chǎn)了和Lumileds系列完全兼容的產(chǎn)品，價(jià)格上便宜一些，性能上相差也不大，只是批量產(chǎn)品的個(gè)體差異相對比較大。

　　LED的色溫和光效都不是恒定值，隨著驅(qū)動(dòng)電流的升高，色溫會(huì)逐漸向暖色變化，而光效在電流達(dá)到一定數(shù)值之后，會(huì)隨著驅(qū)動(dòng)電流的繼續(xù)增加而持續(xù)降低。

　　光效開始降低的那個(gè)驅(qū)動(dòng)電流，實(shí)際上比額定電流小非常多，這個(gè)時(shí)候LED擁有最高的光效。但是為什么不把這個(gè)電流作為LED的額定驅(qū)動(dòng)電流呢？很多人會(huì)有這個(gè)疑問。原因很簡單，大功率LED的存在，是以其能在有限空間內(nèi)發(fā)揮更大的功率而設(shè)計(jì)的，并不是單純追求高光效。

　　最終LED能夠造成的實(shí)際照明效果，更多的是由外部的光學(xué)配件決定，大功率LED把核心壓縮在一個(gè)接近點(diǎn)光源的狀態(tài)，極大提高了對外部光學(xué)設(shè)備的利用率，從而有效的提升了最終的照明效果（從這個(gè)角度講，多核心LED是對這個(gè)優(yōu)點(diǎn)的抹殺）。

　　LED的失效形式，除了物理破壞，反向擊穿等之外，主要是熱損壞，這使得對LED的保護(hù)主要集中在散熱上。而且，如果散熱良好，大功率 LED即使工作在超過其額定功率的狀態(tài)，也不會(huì)有很明顯的損壞，這和PC上對CPU超頻使用非常相似，因此LED的用戶也把這種超功率使用叫做“超頻”。

　　由于熱損壞是一種需要時(shí)間累積的破壞，因此LED短時(shí)間內(nèi)工作在遠(yuǎn)高于額定的狀態(tài)，一般也不會(huì)造成永久性的損壞。這個(gè)特性使得LED可以用平均電流符合其額定值，但是瞬間電流高于其額定值的脈沖電流驅(qū)動(dòng)。

　　舉個(gè)例子：比如3W LED的額定驅(qū)動(dòng)電流為700mA，那么我可以使用一個(gè)1.4A，占空比為50%的方波驅(qū)動(dòng)。這個(gè)時(shí)候LED的平均功率仍然接近其額定值。但是由于LED在1.4A下的光效遠(yuǎn)低于700mA，所以盡管功率接近，但是實(shí)際亮度卻會(huì)降低。

　　對于大功率LED的亮度調(diào)節(jié)，一般都是采用電流調(diào)節(jié)，但是官方推薦的方式卻是用PWM調(diào)節(jié)。這是為什么呢？其實(shí)原因也很簡單。

　　由于LED的電流/光通量曲線并非線性，單純調(diào)節(jié)電流并不能得到線性的光照效果，而PWM方式則可以更好的得到線性的結(jié)果。同時(shí)LED的色溫隨驅(qū)動(dòng)電流變化，降低電流之后有可能會(huì)使得色溫偏離需求，而PWM方式只要開啟狀態(tài)的電流能夠達(dá)到色溫的要求，則最終色溫也一定滿足要求。

　　以上是大功率白光LED的一些資料，可能會(huì)和其他無論是官方還是權(quán)威的有所不同，不過這些都是實(shí)際使用和測試的結(jié)果，相信更加具有參考的價(jià)值。