LED灯主要电参数的测试方法及其应用

2011-10-06王文江

灯与照明 2011年4期

王文江，杨洁

(黔南民族师范学院物理与电子科学系，都匀 558000）

LED灯(发光二极管），具有功耗低、发光效率高、寿命长等优点。近年来，随着大功率LED器件的研发不断取得突破，LED灯的应用也日趋普及，现已广泛应用于灯饰照明、灯箱广告、液晶显示器背光屏、手电筒，甚至还应用到高亮度领域——投影机光源等。随着国家节能环保产业政策的实施和低碳经济的发展要求，LED灯的应用前景将更加广阔。但怎样才能应用好LED灯，使其安全可靠地工作于高亮状态呢?这便是笔者与同行探讨的问题。

要用好LED灯，关键的是要确定IF m值，即确定“最大正向电流值”，这里所说的“最大正向电流值”的含义是:正向工作电流一旦超过此值，将造成发光二极管损坏。为此，我们设计了以下测试电路来测量LED灯的工作电流、电压与LED灯发光强度之间的关系，其测试电路和测试数据分别见图1和表1。

图1 测试电路示意图

该测试电路图虽然很简单，但所选用的仪表、元器件有些精度要求较高，这是因为最大发光强度对应的电流值不易控制且不稳定，为了便于大家在今后的工作中能够顺利测试，现将关键元器件和测量仪表介绍如下:R w1选用的是精密级多圈式线绕电位器，型号:WX5－11，功率:5 W，阻值:10 kΩ;R w2选用直流多值电阻器(即电阻箱），型号:ZX21，最小步进值0.1 Ω;直流毫安表是磁电式机械表，精度:0.5级，型号:C19－mA;直流电压表是普通数字万用表，输入阻抗:10 MΩ;6 V电源用普通晶体管稳压电源;测试用LED灯是Φ5白色聚光型发光二极管，厂家给出的参数值为 VF:3.2 ～3.4 V，IV:16000 ～18000 mcd。

在测试过程中，要注意合理控制R w1和R w2，起步时，将R w2设定为100 Ω～200 Ω，在接近IF m值之前，用R w1控制电流还是比较容易的，当电流接近、达到和超过IF m以后，精确控制电流的任务要由R w2来完成，而且还要保证电阻箱能够平滑地变化到0.1 Ω，否则超过IF m之后的电参数不易测出。

根据表2测试的数据，我们分别作出了I－E特性曲线(图2）、U－E特性曲线(图3）和P－E特性曲线(图4）。从图2、图3我们可以看出:发光二极管最大亮度时对应的电流值和电压值分别为55 mA和3.45 V。现在的问题是:LED灯发光强度最大值所对应的这个电流值是不是IF m值呢?我们认为是。为什么?根据IF m参数的定义，我们做了几次破坏性实验，得出结论:超过最大亮度后I－E特性曲线不可逆，不重复，即证明电流值超过最大亮度对应的电流值后，已经造成二极管损坏。其实如果长时间使发光二极管工作于最大亮度状态也是不合理的。我们注意到，在此状态下，管子老化得很快，故LED灯使用手册上建议实际应用时IF值应选择在0.6IF m以下。如果读者没有条件测试IF m，对于小功率LED灯，IF也可直接应用小功率LED灯的推荐值20 mA，即使其工作在大约60%最大亮度的状态。

图2 I-E特性曲线

图3 U-E特性曲线

图4 P-E特性曲线

图5 典型应用电路图

为了便于大家应用，下面给出了一个典型应用电路及实测参数值供读者应用时参考。

实测参数如表2所示。

表1 测试结果

从图5和表2可以看出:在发光强度未到达最大值之前，更高亮度的获得是以消耗更大的功率为代价的。随着亮度的不断增加，单位功率的照度值是在不断减小的，换句话说:就是发光效能是在减小的〔光效(lm/W）:光源发出的光通量除以光源所消耗的功率〕。若想要提高亮度和发光效能，应该是增加LED灯的数量，而不是简单地提高单支LED灯的发光强度，这是我们在运用时应加以注意的。