一种辐射定标光源LED驱动电路

韩振伟　马庆军

摘要：为了在轨定标空间光学仪器，需要获得具有稳定发光强度的辐射定标光源LED。该文分析了辐射定标光源LED自身特性以及影响因素，并且给出了LED驱动电路，详细阐述了电路参数与驱动电流的关系。最终，驱动电路满足输出电流精度0.1%的指标要求。

关键词：LED；稳定性；发光强度

中图分类号：TN312.8 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）32-7761-02

Abstract： In order to calibrate space optical instrument on orbit ，LED Light Source must be provided with stable luminous intensity in Radiometric Calibration.This paper analyzes LED's characteristics and influence factors of radiometric calibration LED light source ，then， the LED drive circuit is Given，and the relationship between the circuit parameters and the driving current is described.Finally ，the driving circuits meet the requirements of the output current accuracy of 0.1%.

Key words： LED；stability；luminous intensity

1 概述

半导体发光二极管简称为LED。由含镓、砷、磷、氮等的化合物制成的二极管。当电子与空穴复合时能辐射出可见光。LED只能往一个方向导通（通电），叫作正向偏置（正向偏压），当电流流过时，电子与空穴在其内复合而发出单色光，这叫电致发光效应，而光线的波长、颜色跟其所采用的半导体材料种类与掺入的元素杂质有关。具有效率高、寿命长、不易破损、开关速度高、高可靠性等传统光源不及的优点。白光LED的发光效率，在近几年来已经有明显的提升，应用领域越来越广泛。

在空间卫星应用领域，LED作为辐射定标光源非常广泛。LED拥有寿命长、稳定性高、功耗低、发光效率高、体积小、抗冲击抗振动性强等诸多优点，使其十分适合在苛刻的空间环境中使用。

辐射定标光源作为辐射量已知，辐射输出稳定的标准光源应用。对于长期在轨工作的光学仪器来说，保证仪器稳定是首要任务，所以必须定期对仪器的响应度进行校正，才能完成空间探测任务。将LED用做星上辐射定标光源，根据卫星应用的实际需要，必须在外太空真空环境下工作数月甚至数年的时间。

2 LED基本特性

星上辐射定标光源要求具有足够的光能、较高的色温、稳定的光谱和辐射输出；由于星上辐射定标光源是卫星有效载荷的一部分，卫星有效载荷工作在高真空的外层空间，环境条件极为苛刻，LED作为星上辐射定标光源除了能够适应一般条件外还要能够在空间环境中正常、稳定地工作。除了要求LED光源的机械稳定性、光学稳定性和电学稳定性外，对于其寿命、体积、能耗、灵敏度和辐射强度等都要有严格的要求。

运算放大器U21根据取样电阻R22和R23的电压值负反馈，进行动态调整场效应管Q21的GS间电压。当LED灯串联回路中受到干扰，或者LED内阻微小发生变化时，假设LED电流变大，此时取样电阻的反馈电压也随之变大，运算放大器输出电压进行调整，G端电压变小，GS间电压变小，场效应管电流变小，从而保证LED电流恢复到恒定值。场效应管等效为受运算放大器调整的可变电阻，对串联回路进行电流调整。

输出电流的稳定性主要取决于基准电压的稳定性和取样电阻的稳定性，AD586TQ基准电压长期稳定性为15ppm/1000h，取样电阻选用金属膜电阻，输出电流的稳定性远远满足0.1%/h。

电路受环境温度变化影响分析：AD586TQ基准电压芯片，温度系数小于10ppm/℃，取样电阻温度系数小于±100ppm/℃，当环境温度变化为10℃时，输出电流最大偏差至20.02mA，小于0.1%。当环境温度变化大于10℃以上时，若进一步提高输出电流稳定性，使其保证在0.1%以内，则需要选择温度系数更小的电阻，比如±25ppm/℃。但LED灯光强的稳定性不仅仅取决于LED电流，还与自身性能有关，从图2中可以看到LED发光强度与环境温度变化的关系曲线，当环境环境温度变化过大的时候，即使电流不发生任何改变，LED发光强度也会有所变化。所以当环境温度大于10/℃的时候，继续保证电流稳定度小于0.1%意义不大。若随环境温度变化，LED发光强度发生变化的程度不可接受，可采用电流补偿的方法进行弥补。

输出电流初始精度分析：AD586TQ基准电压芯片初始精度±0.05%，取样电阻由100欧姆和150欧姆构成，初始精度为±0.1%，输出电流初始值最差情况为20.03mA，可通过选取100欧姆和150欧姆电阻进行调整，完全可以保证输出电流0.1%精度。

4 结论

实验证明，影响辐射定标光源LED发光强度的因素很多，最主要的因素就是工作电流和环境温度。该驱动电路的精度和稳定性完全满足空间仪器辐射定标需要。如果辐射定标时间持续较长，必须要考虑LED所处的环境温度影响，可以增加温度补偿措施。

参考文献：

[1] 麦镇强，李凤有，任建伟，等.星上定标光源LED长期工作的稳定性[J].发光学报，2007，28（5）：748-753.

[2] 任建伟，麦镇强，万志，等.星上LED定标光源的可行性研究[J].光学精密工程，2008，16（3）：398-405.

[3] 叶钊，任建伟，李宪圣，等.用于星上定标光源的LED筛选装置[J].光学精密工程，2012，20（1）：64-71.endprint

摘要：为了在轨定标空间光学仪器，需要获得具有稳定发光强度的辐射定标光源LED。该文分析了辐射定标光源LED自身特性以及影响因素，并且给出了LED驱动电路，详细阐述了电路参数与驱动电流的关系。最终，驱动电路满足输出电流精度0.1%的指标要求。

关键词：LED；稳定性；发光强度

中图分类号：TN312.8 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）32-7761-02

Abstract： In order to calibrate space optical instrument on orbit ，LED Light Source must be provided with stable luminous intensity in Radiometric Calibration.This paper analyzes LED's characteristics and influence factors of radiometric calibration LED light source ，then， the LED drive circuit is Given，and the relationship between the circuit parameters and the driving current is described.Finally ，the driving circuits meet the requirements of the output current accuracy of 0.1%.

Key words： LED；stability；luminous intensity

1 概述

半导体发光二极管简称为LED。由含镓、砷、磷、氮等的化合物制成的二极管。当电子与空穴复合时能辐射出可见光。LED只能往一个方向导通（通电），叫作正向偏置（正向偏压），当电流流过时，电子与空穴在其内复合而发出单色光，这叫电致发光效应，而光线的波长、颜色跟其所采用的半导体材料种类与掺入的元素杂质有关。具有效率高、寿命长、不易破损、开关速度高、高可靠性等传统光源不及的优点。白光LED的发光效率，在近几年来已经有明显的提升，应用领域越来越广泛。

在空间卫星应用领域，LED作为辐射定标光源非常广泛。LED拥有寿命长、稳定性高、功耗低、发光效率高、体积小、抗冲击抗振动性强等诸多优点，使其十分适合在苛刻的空间环境中使用。

辐射定标光源作为辐射量已知，辐射输出稳定的标准光源应用。对于长期在轨工作的光学仪器来说，保证仪器稳定是首要任务，所以必须定期对仪器的响应度进行校正，才能完成空间探测任务。将LED用做星上辐射定标光源，根据卫星应用的实际需要，必须在外太空真空环境下工作数月甚至数年的时间。

2 LED基本特性

星上辐射定标光源要求具有足够的光能、较高的色温、稳定的光谱和辐射输出；由于星上辐射定标光源是卫星有效载荷的一部分，卫星有效载荷工作在高真空的外层空间，环境条件极为苛刻，LED作为星上辐射定标光源除了能够适应一般条件外还要能够在空间环境中正常、稳定地工作。除了要求LED光源的机械稳定性、光学稳定性和电学稳定性外，对于其寿命、体积、能耗、灵敏度和辐射强度等都要有严格的要求。

运算放大器U21根据取样电阻R22和R23的电压值负反馈，进行动态调整场效应管Q21的GS间电压。当LED灯串联回路中受到干扰，或者LED内阻微小发生变化时，假设LED电流变大，此时取样电阻的反馈电压也随之变大，运算放大器输出电压进行调整，G端电压变小，GS间电压变小，场效应管电流变小，从而保证LED电流恢复到恒定值。场效应管等效为受运算放大器调整的可变电阻，对串联回路进行电流调整。

输出电流的稳定性主要取决于基准电压的稳定性和取样电阻的稳定性，AD586TQ基准电压长期稳定性为15ppm/1000h，取样电阻选用金属膜电阻，输出电流的稳定性远远满足0.1%/h。

电路受环境温度变化影响分析：AD586TQ基准电压芯片，温度系数小于10ppm/℃，取样电阻温度系数小于±100ppm/℃，当环境温度变化为10℃时，输出电流最大偏差至20.02mA，小于0.1%。当环境温度变化大于10℃以上时，若进一步提高输出电流稳定性，使其保证在0.1%以内，则需要选择温度系数更小的电阻，比如±25ppm/℃。但LED灯光强的稳定性不仅仅取决于LED电流，还与自身性能有关，从图2中可以看到LED发光强度与环境温度变化的关系曲线，当环境环境温度变化过大的时候，即使电流不发生任何改变，LED发光强度也会有所变化。所以当环境温度大于10/℃的时候，继续保证电流稳定度小于0.1%意义不大。若随环境温度变化，LED发光强度发生变化的程度不可接受，可采用电流补偿的方法进行弥补。

输出电流初始精度分析：AD586TQ基准电压芯片初始精度±0.05%，取样电阻由100欧姆和150欧姆构成，初始精度为±0.1%，输出电流初始值最差情况为20.03mA，可通过选取100欧姆和150欧姆电阻进行调整，完全可以保证输出电流0.1%精度。

4 结论

实验证明，影响辐射定标光源LED发光强度的因素很多，最主要的因素就是工作电流和环境温度。该驱动电路的精度和稳定性完全满足空间仪器辐射定标需要。如果辐射定标时间持续较长，必须要考虑LED所处的环境温度影响，可以增加温度补偿措施。

参考文献：

[1] 麦镇强，李凤有，任建伟，等.星上定标光源LED长期工作的稳定性[J].发光学报，2007，28（5）：748-753.

[2] 任建伟，麦镇强，万志，等.星上LED定标光源的可行性研究[J].光学精密工程，2008，16（3）：398-405.

[3] 叶钊，任建伟，李宪圣，等.用于星上定标光源的LED筛选装置[J].光学精密工程，2012，20（1）：64-71.endprint

摘要：为了在轨定标空间光学仪器，需要获得具有稳定发光强度的辐射定标光源LED。该文分析了辐射定标光源LED自身特性以及影响因素，并且给出了LED驱动电路，详细阐述了电路参数与驱动电流的关系。最终，驱动电路满足输出电流精度0.1%的指标要求。

关键词：LED；稳定性；发光强度

中图分类号：TN312.8 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）32-7761-02

Abstract： In order to calibrate space optical instrument on orbit ，LED Light Source must be provided with stable luminous intensity in Radiometric Calibration.This paper analyzes LED's characteristics and influence factors of radiometric calibration LED light source ，then， the LED drive circuit is Given，and the relationship between the circuit parameters and the driving current is described.Finally ，the driving circuits meet the requirements of the output current accuracy of 0.1%.

Key words： LED；stability；luminous intensity

1 概述

半导体发光二极管简称为LED。由含镓、砷、磷、氮等的化合物制成的二极管。当电子与空穴复合时能辐射出可见光。LED只能往一个方向导通（通电），叫作正向偏置（正向偏压），当电流流过时，电子与空穴在其内复合而发出单色光，这叫电致发光效应，而光线的波长、颜色跟其所采用的半导体材料种类与掺入的元素杂质有关。具有效率高、寿命长、不易破损、开关速度高、高可靠性等传统光源不及的优点。白光LED的发光效率，在近几年来已经有明显的提升，应用领域越来越广泛。

在空间卫星应用领域，LED作为辐射定标光源非常广泛。LED拥有寿命长、稳定性高、功耗低、发光效率高、体积小、抗冲击抗振动性强等诸多优点，使其十分适合在苛刻的空间环境中使用。

辐射定标光源作为辐射量已知，辐射输出稳定的标准光源应用。对于长期在轨工作的光学仪器来说，保证仪器稳定是首要任务，所以必须定期对仪器的响应度进行校正，才能完成空间探测任务。将LED用做星上辐射定标光源，根据卫星应用的实际需要，必须在外太空真空环境下工作数月甚至数年的时间。

2 LED基本特性

星上辐射定标光源要求具有足够的光能、较高的色温、稳定的光谱和辐射输出；由于星上辐射定标光源是卫星有效载荷的一部分，卫星有效载荷工作在高真空的外层空间，环境条件极为苛刻，LED作为星上辐射定标光源除了能够适应一般条件外还要能够在空间环境中正常、稳定地工作。除了要求LED光源的机械稳定性、光学稳定性和电学稳定性外，对于其寿命、体积、能耗、灵敏度和辐射强度等都要有严格的要求。

运算放大器U21根据取样电阻R22和R23的电压值负反馈，进行动态调整场效应管Q21的GS间电压。当LED灯串联回路中受到干扰，或者LED内阻微小发生变化时，假设LED电流变大，此时取样电阻的反馈电压也随之变大，运算放大器输出电压进行调整，G端电压变小，GS间电压变小，场效应管电流变小，从而保证LED电流恢复到恒定值。场效应管等效为受运算放大器调整的可变电阻，对串联回路进行电流调整。

输出电流的稳定性主要取决于基准电压的稳定性和取样电阻的稳定性，AD586TQ基准电压长期稳定性为15ppm/1000h，取样电阻选用金属膜电阻，输出电流的稳定性远远满足0.1%/h。

电路受环境温度变化影响分析：AD586TQ基准电压芯片，温度系数小于10ppm/℃，取样电阻温度系数小于±100ppm/℃，当环境温度变化为10℃时，输出电流最大偏差至20.02mA，小于0.1%。当环境温度变化大于10℃以上时，若进一步提高输出电流稳定性，使其保证在0.1%以内，则需要选择温度系数更小的电阻，比如±25ppm/℃。但LED灯光强的稳定性不仅仅取决于LED电流，还与自身性能有关，从图2中可以看到LED发光强度与环境温度变化的关系曲线，当环境环境温度变化过大的时候，即使电流不发生任何改变，LED发光强度也会有所变化。所以当环境温度大于10/℃的时候，继续保证电流稳定度小于0.1%意义不大。若随环境温度变化，LED发光强度发生变化的程度不可接受，可采用电流补偿的方法进行弥补。

输出电流初始精度分析：AD586TQ基准电压芯片初始精度±0.05%，取样电阻由100欧姆和150欧姆构成，初始精度为±0.1%，输出电流初始值最差情况为20.03mA，可通过选取100欧姆和150欧姆电阻进行调整，完全可以保证输出电流0.1%精度。

4 结论

实验证明，影响辐射定标光源LED发光强度的因素很多，最主要的因素就是工作电流和环境温度。该驱动电路的精度和稳定性完全满足空间仪器辐射定标需要。如果辐射定标时间持续较长，必须要考虑LED所处的环境温度影响，可以增加温度补偿措施。

参考文献：

[1] 麦镇强，李凤有，任建伟，等.星上定标光源LED长期工作的稳定性[J].发光学报，2007，28（5）：748-753.

[2] 任建伟，麦镇强，万志，等.星上LED定标光源的可行性研究[J].光学精密工程，2008，16（3）：398-405.

[3] 叶钊，任建伟，李宪圣，等.用于星上定标光源的LED筛选装置[J].光学精密工程，2012，20（1）：64-71.endprint