发光二极管电路

发光二极管电路

发光二极管（LED）电路的核心是为LED提供稳定的正向电流，避免过流损坏，同时根据应用场景设计功能（如点亮、闪烁、调光等）。

一、LED基础电路：限流电阻电路

LED是电流敏感器件，其正向电压（(V_F)）相对固定（如红光约1.8-2.2V，白光约3.0-3.6V），但电流过大会导致烧毁。因此，串联限流电阻是最简单的驱动方式，适用于小功率LED（如指示灯、小范围照明）。

1. 电路结构

电源正极 → 限流电阻（R） → LED正极（长脚） → LED负极（短脚） → 电源负极

2. 限流电阻计算

3. 注意事项

• 电源电压必须高于LED正向电压（否则无法导通）；
  
• 多个LED串联时，总电压需 ≥ 各LED (V_F) 之和（如2颗白光串联需 ≥ 6.6V）；
  
• 并联LED需各自串联限流电阻（避免因个体差异导致电流不均）。

二、多LED组合电路

根据电源电压和LED数量，可设计串联、并联或混联电路，适用于照明灯具（如LED灯带、台灯）。

1. 串联电路

• 特点：电流相同，总电压 = 各LED (V_F) 之和，电阻只需1个。
  
• 适用场景：电源电压较高（如12V、24V），LED数量较少（如3颗白光串联适配12V电源：3×3.3V=9.9V，剩余电压由电阻分担）。
  

2. 并联电路（带独立限流电阻）

• 特点：各LED电压相同，总电流 = 各LED电流之和，需为每个LED串联电阻。
  
• 适用场景：电源电压低（如3V、5V），LED数量不多（如2颗红光并联接3V电源）。

3. 混联电路

• 结构：先串联几组LED（每组电压相近），再将各组并联（如2串3并：每组2颗串联，共3组并联）。
  
• 优势：平衡电压和电流，适合LED数量较多的场景（如LED灯带常用12V供电，3颗白光串联+限流电阻为一组，多组并联）。

三、恒流驱动电路（大功率LED适用）

大功率LED（1W及以上）对电流稳定性要求高，仅用限流电阻会因电源波动或温度变化导致电流漂移，加速光衰。需用恒流驱动芯片保证电流恒定。

1. 常用恒流芯片

• 低压小功率：如PT4115（支持8-30V，1.2A）、LM317（可调压恒流，适合1A以下）；
  
• 高压大功率：如XL6009（升压恒流，支持12-36V输入，2A）、MBI6020（多通道驱动，用于LED显示屏）。

2. 电路原理

以PT4115为例：

3. 优势

• 电流精度高（±5%以内），不受电源电压波动影响；
  
• 内置过温、过流保护，安全性强。

四、功能型LED电路

1. 闪烁电路（NE555定时器）

利用NE555构成多谐振荡器，输出方波信号控制LED交替亮灭，适用于警示灯、装饰灯。

• 电路参数：通过调节电阻（(R1)、(R2)）和电容（(C)）改变频率，公式：
  周期 (T = 0.693(R1 + 2R2)C)，频率 (f = 1/T)。

2. 调光电路

• PWM调光：通过改变脉冲宽度（占空比）调节平均电流（如占空比50%时亮度减半），无色彩偏移，常用单片机（如Arduino）实现；
  
• 模拟调光：通过改变恒流芯片的参考电压调节电流（如调节LM317的ADJ引脚电压），适用于简单场景。

3. 反向保护电路

LED反向耐压低（通常≤5V），若电源正负极接反可能击穿。可在电路中串联二极管（如1N4001），反向时截止保护LED。

五、电路设计注意事项

1. 散热设计：大功率LED工作时发热量大，需搭配铝基板、散热片，确保结温≤125℃（参考 datasheet）；
   
2. 反向电压防护：电源可能接反时，串联反向二极管或选用带反接保护的驱动芯片；
   
3. 静电防护：LED芯片易被静电击穿，焊接时需戴防静电手环，电路中可并联小电容（100pF）泄放静电；
   
4. 电源匹配：驱动电路输入电压需与LED总电压匹配（串联时总电压≤电源电压-芯片压降）。

总结

LED电路设计需根据功率、数量、电源条件选择方案：小功率指示灯用简单限流电阻；多颗LED用串/并/混联；大功率或高精度场景必须用恒流驱动。合理的电路设计能保证LED高效、稳定、长寿工作。