不可不知的LED十大经典问答与设计考量

　　近年来，LED制造工艺的不断进步和新材料（氮化物晶体和荧光粉）的开发和应用，各种颜色的超高亮度LED取得了突破性进展，其发光效率提高了近1000倍，色度 方面已实现了可见光波段的所有颜色，其中最重要的是超高亮度白光LED的出现，使LED应用领域跨越至高效率照明光源市场成为可能。

　　通过十多年对LED设计的潜心研究和学习。本人收集了LED应用设计中一些经典性的基础问题分享给大家。其中涉及到内容有单个LED的流明效率与用LED 作光 源构成的灯具的流明效率异同分析，LED的结温原理及结温升高会对LED产生的影响问题，静电破坏的原理以及列举一些类型的LED容易受静电破坏导致失 效，探讨LED路灯防雷能用一个压敏电阻的问题，解读设计高品质LED驱动电路的方法和选择和设计LED驱动电源时要考虑哪些因素等问题。

　　具体问题列举：

　　单个LED的流明效率与用LED作光源构成的灯具的流明效率有什么异同？

　　什么是LED的结温？结温升高会对LED造成什么影响？

　　什么是静电破坏？哪些类型的LED容易受静电破坏导致失效？

　　LED路灯防雷能用一个压敏电阻吗？

　　LED被静电击穿的原理和过程是怎么样的？会有何影响？

　　如何设计高品质LED驱动电路？

　　选择和设计LED驱动电源时要考虑哪些因素？

　　问：单个LED的流明效率与用LED作光源构成的灯具的流明效率有什么异同？

　　答：针对某一个特定的LED，加上规定的正向偏置，如加上IF＝20mA正向电流后（对应的VF≈3.4V），测得的辐射光通量Φ＝1.2lm，则这个 LED的流明效率为η＝1.2lm×1000/3.4V×20mA＝1200/68≈17.6lm/W。显然，对单个LED，如施加的电功率 Pe＝VF×IF，那么在这个功率下测得的辐射光通量折算为每瓦的流明值即为单个LED的流明效率。

　　但是，作为一个灯具，不论LED PN结上实际加上的功率VF×IF是多少，灯具的电功率总是灯具输入端口送入的电功率，它包括电源部分（如稳压器、稳流源、交流整流成直流电源部分等）所消耗的功率。灯具中，驱动电路的存在使它的流明效率比测试单个LED的流明效率要下降。电路损耗越大，流明效率越低，因此，寻找一种高效率的LED驱动电 路就显得极为重要。

　　问：什么是LED的结温？结温升高会对LED造成什么影响？

　　答：LED基本结构是一个半导体的PN结。当电流流过LED器件时，PN结的温度将上升，严格意义上说，就把PN结区的温度定义为LED的结温。通常由于器件芯片均具有很小的尺寸，因此我们也可把LED芯片的温度视之为结温。

　　当PN结的温度（例如环境温度）升高时，PN结内部的杂质电离加快，本征激发加速。当本征激发产生的复合载流子的浓度远远超过杂质浓度时，本征载流子的数量增大的影响较之迁移率减小的半导体电阻率变化的影响更为严重，导致内量子效率下降，温度升高又导致电阻率下降，使同样IF下，VF降低。如果不用恒流源 驱动LED，则VF降将促使IF指数式增加，这个过程将使LED PN结上温升更加快，最终温升超过最大结温，导致LED PN结失效，这是一个正反馈的恶性过程。

　　PN结上温度升高，使半导体PN结中处于激发态的电子/空穴复合时从高能级向低能级跃迁时发射出光子的过程发生退化。这是由于PN结上温度升高时，半导体 晶格的振幅增大，使振动的能量也发生增加，当它超过一定值时，电子/空穴从激发态跃迁到基态时会与晶格原子（或离子）交换能量，于是成为无光子辐射的跃 迁，LED的光学性能退化。

　　另外，PN结上温度升高还会引起杂质半导体中电离杂质离子所形成的晶格场使离子能级裂变，能级分裂受PN结温度的影响，这就意味着由于温度影响晶格振动， 使其晶格场的对称性发生变化，从而引起能级分裂，导致电子跃迁时产生的光谱发生变化，这就是LED发光波长随PN 结温升而变化的原因。

　　综上所述，LEN PN结上的温升会引起它的电学、光学和热学性能的变化，过高的温升还会引起LED封装材料（例如环氧、荧光粉等）物理性能的变化，严重时会导致LED失效，所以降低PN结温升，是应用LED的重要关键所在。

　　问：什么是静电破坏？哪些类型的LED容易受静电破坏导致失效？

　　答：静电实际上是由电荷累积构成。人们在日常生活中，特别在干燥天气环境中，当用手去触摸门窗类物品时会感觉"触电"，这就是门窗类物品静电积累到一定程 度时对人体的"放电"。对于羊毛织品、尼龙化纤物品，静电积累起来的电压可高达一万多伏特，电压十分高，但静电功率不大，不会威胁生命，然而对于某些电子器件却可以致命，造成器件失效。

LED中用GN基构成的器件，由于