一、标准 LED 的驱动

使 LED 工作最简单的方式是用一个电压源串接限流电阻后与 LED 相连。只要工作电压 VB 保持恒定，LED 就可以发出恒定强度的光（随着环境温度的升高，光强会有所减小）；通过改变串联电阻的阻值，能够把光强调节至所需要的强度。

对于 5mm 直径的标准 LED，图 1 给出了其正向导通电压 VF 与正向电流 IF 的函数曲线：LED 的正向压降随正向电流的增大而增加。假定工作于 10mA 正向电流的绿光 LED 应有 5V 的恒定工作电压，则串接电阻 RV=(5V-VF,10mA)/10mA=300Ω，其中 VF 取数据表中典型工作条件下的数值 2V（图 2）。

图 1：标准红光、绿光和黄光 LED 的正向导通电压范围为 1.4V 至 2.6V，当正向电流低于 10mA 时，正向导通电压仅改变几百毫伏。

图 2：串联电阻和稳压源提供了简单的 LED 驱动方式。

这类商用二极管采用 GaAsP（磷砷化镓）制成，易于控制，为绝大多数工程师所熟悉，具有如下优点：所产生的色彩（发射波长）在正向电流、工作电压以及环境温度变化时保持相当的稳定性。标准绿光 LED 发射波长约 565nm，容差仅有 25nm；由于色彩差异非常小，同时并联驱动几只这样的 LED 不会出现问题（图 3），正向导通电压的正常变化只会使光强产生微弱差异，这是次要的。通常可以忽略同一厂商、同一批次 LED 之间的差异。

图 3：同时并联驱动几只红光、黄光或绿光 LED 的结构，色彩差异或亮度差异很小。

正向电流高至大约 10mA 时，正向电压变化很小：红光 LED 的变化量大约为 200mV，其他色彩大约为 400mV（图 1）。因此，驱动标准 LED 的电流消耗非常低；如果驱动电压高于 LED 的最大正向电压，就并不需要升压转换器或者复杂昂贵的电流源。只要电池放电导致的亮度减弱可以满足应用要求，标准 LED 甚至可以直接由锂电池或 3 节 NiMH 电池驱动。

二、蓝光 LED

在很长一段时间内都无法提供发射蓝光的 LED，设计工程师只能采用已有的红、绿、黄三种色彩。早期的“蓝光”器件并不是真正的蓝光 LED，而是包围有蓝色散射材料的白炽灯。几年前，使用纯净的碳化硅（SiC）材料研制出了第一个真正的蓝光 LED，但发光效率非常低；下一代器件使用了氮化镓基料，发光效率可以达到最初产品的数倍。当前制造蓝光 LED 的晶体外延材料是氮化铟镓（InGaN），发射波长范围为 450nm 至 470nm，氮化铟镓 LED 可以产生五倍于氮化镓 LED 的光强。

三、白光 LED

真正发射白光的 LED 并不存在，这样的器件非常难以制造，因为 LED 的特点是只发射一个波长，而白色并不出现在色彩的光谱上；一种替代方法是用不同波长合成白色光。

白光 LED 的设计采用了一个小窍门：在发射蓝光的 InGaN 基料上覆盖转换材料，这种材料受到蓝光激励时会发出黄光，于是得到蓝光和黄光的混合物，在肉眼看来就是白色（图 4）。

图 4：白光 LED 的发射波长（实线）包括蓝光和黄光区域的峰值，但在肉眼看来就是白色；肉眼的相对光敏感性（虚线）如图所示。

白光 LED 的色彩由色彩坐标定义，X 和 Y 坐标的数值根据国际照明委员会（CIE）15.2 规范的要求计算得到，其数据资料通常会详细说明随着正向电流增加而引起的色彩坐标变化（图 5）。

图 5：正向电流的变化改变了白光 LED（OSRAM Opto Semiconductors 的 LEQ983）的色彩坐标，因而改变了白光质量。

值得注意的是，采用 InGaN 技术的 LED 并不像标准绿光、红光和黄光 LED 那样容易控制，其显示波长（色彩）会随着正向电流而改变（图 6）。白光 LED 呈现的色彩变化，一方面产生于转换材料的不同浓度，另一方面来自蓝光发光 InGaN 材料随正向电压变化而产生的波长变化；从图 5 可以看到 X、Y 坐标的移动意味着色彩的改变（如前所述，白光 LED 没有明确的波长）。

图 6：正向电流增加会改变蓝光 LED 的发射波长，从而改变其色彩。

四、蓝光与白光 LED 的驱动限制

当正向电流高至 10mA 时，正向电压的变化很大，范围约为 800mV（某些型号会更大）。电池放电引起的工作电压变化会因此改变色彩，因为工作电压的变化改变了正向电流。在 10mA 正向电流下，正向电压大约为 3.4V（随供应商不同而异，范围从 3.1V 至 4.0V），而且不同 LED 之间的电流—电压特性也有较大差异。因此直接用电池驱动蓝光、白光 LED 是困难的：绝大多数电池会随着放电使电压低于 LED 所需要的最小正向导通电压，几个串联工作的 LED 可能完全变暗。

本文由美信集成产品公司提供。