本文将系统解析发光二极管（LED）的发光原理与工作特性，重点探讨驱动电路设计要点及外围元器件选型逻辑，为高效应用提供理论支撑。
核心发光机制
PN结载流子复合是LED发光的物理基础。当外加正向电压时，P区空穴与N区电子在结区复合，能量以光子形式释放。不同半导体材料禁带宽度决定发光波长，例如：
– 砷化镓（GaAs）材料发红外光
– 磷化镓（GaP）材料发红/绿光
– 氮化镓（GaN）材料发蓝/白光
量子阱结构可提升复合效率，现代LED芯片通常采用多量子阱设计使发光强度提升约40%（来源：半导体照明产业技术报告）。
关键性能参数
电学特性
正向导通电压存在阈值，通常红/黄光LED约1.8-2.0V，蓝/白光LED约3.0-3.4V。超过阈值电压后电流呈指数增长，需恒流驱动避免热失控。
光学特性
发光强度与正向电流近似线性关系，但电流过大会引发：
– 效率下降（效率滚降）
– 色温漂移
– 寿命衰减
驱动电路设计要点
电源转换模块
整流桥在交流驱动系统中承担AC/DC转换任务，其反向耐压值需留出30%余量。输出端通常并联电解电容器平滑脉动直流，容量根据纹波要求计算。
恒流控制策略
常见方案对比：
| 控制方式 | 优点 | 适用场景 |
|—————-|———————-|——————|
| 电阻限流 | 电路简单成本低 | 小功率指示灯具 |
| 线性恒流IC | 无电磁干扰 | 车载照明 |
| 开关降压IC | 转换效率高 | 大功率照明 |
瞬态保护设计
LED两端建议并联TVS二极管吸收浪涌电压，串联自恢复保险丝应对过流故障。驱动芯片电源入口建议配置0.1μF陶瓷电容滤除高频干扰。
系统能效优化
热管理方案
结温每升高10℃寿命衰减约50%（来源：IES LM-80测试标准），需注意：
– 选用高导热系数基板（如铝基板）
– 控制灯具散热面积
– 避免光源密集排布
光学设计准则
二次光学透镜可提升光效利用率：
– 蝙蝠翼配光适合道路照明
– 余弦配光适合室内照明
– 反光杯结构提升聚光性能
应用场景演进
从早期仪器指示灯到现代智能照明，LED技术持续突破：
– 植物工厂采用特定光谱LED
– UV-C LED用于表面杀菌
– Micro LED开启显示技术新纪元
掌握LED工作原理与驱动设计要点，结合优化外围电路方案，可大幅提升照明系统效能与可靠性。随着新材料与新结构不断涌现，发光二极管应用边界将持续拓展。
