淺談單個LED內部不直接集成限流電阻的原因

簡介：使用LED的過程中，需要在電路中設計有限流電路（可以是限流電阻，或者恒流電路）以保證LED流過的電流不要超過LED最大工作電流。使用限流電阻是在普通的LED應用中的最常見方便的電路?，F(xiàn)在還存在著 一些更加復雜，集成有更多功能的LED芯片可以使用。本文討論了為什么早期單個LED內部不直接集成限流電阻的原因。

01 LED限流電阻

1.1 限流電阻

我們知道，在使用 LED的過程中，不要直接將LED連接在電源兩端[1]?，因為這存在過大的電流將LED燒壞的危險。通常情況下需要在LED的管腳上連接一個限流電阻，控制流過LED的電流在合適的工作范圍。

這個電流電阻的大小需要根據(jù)：

供電的電壓：；

LED管壓降，這由LED的顏色確定；

驅動電流范圍：；

三個因素來確定限流電阻的大小。

▲ 圖1.1 ?不同顏色的LED

1.2 LED導通電壓

在?幾款不同顏色LED的伏安特性[2]?給出了實際測量到的幾種不同顏色的LED的伏安特性?？梢钥吹絃ED的V-A特性與普通的二極管很相似，只是導通電壓隨著不同的顏色LED而不同。

▲ 圖1.2.1? 不同顏色的LED的V-A 特性

在一些特殊的情況下，如果LED的導通電壓與施加的電壓基本相同，而且電池的內阻相對比較大，也可以直接將電池驅動LED。

比如下面的電路來自于 Interactive digital whiteboard with a Nintendo Wii remote controler and infrared LED pen. For schools HOWTO[3]?顯示了直接將紅外LED連接在五號電池上的應用情況。

▲ 圖1.2.2 直接將LED連接在電池兩端

既然在大多數(shù)情況下，使用LED都需要連接限流電阻，那么為什么市面上沒有直接內部集成有限流電阻的LED出售呢？

02 為什么呢？

在 Why dont LEDs have built-in resistors?[4]?中有人提出了這個疑問，后面的回答倒是非常豐富。

A night of struggling to fit 16 current limiting resistors into a small breadboard for a uni project made me wonder why LEDs don't have any kind of internal resistance? I can't think of any downsides. I've never connected an LED without a resistor in series so it makes a lot of sense to me.

這個提問者是在自己焊接了16個限流電阻之后發(fā)出怨念，提問為什么LED中部直接集成限流電阻呢？

2.1 存在集成限流電阻的LED

首先，市面上還是存在這種集成有內部限流電阻的LED的。比如在 6.5 V Red LED 3mm Through Hole, Kingbright L-934SRD-5V給出了一款?應用在5V電壓下內部集成有限流電阻的LED[5]?，LED直徑3mm，工作在5V下，電流大約14mA。

▲ 圖2.1.1 內部集成有電阻的+5V工作紅色LED

在 LP377GWH1-40G[6]?中給出了中國深圳YunSun公司出品的工作在+5V下5mm直徑綠色LED的規(guī)格，在+5V下工作電流20mA。

實際上，現(xiàn)在已經(jīng)存在集成有更復雜內部電路的LED，它們不僅僅集成有限流電路，可能還會有閃爍控制電路，調光電路等等。比如 WS2812串行可控彩色LED燈珠[7]?就集成有串行接口電路以及三色PWM控制電路，使得僅僅使用一個IO端口就可以控制多達1024個LED燈的顏色和亮度。

2.2 LED集成限流電阻問題

前面我們看到集成有限流電阻的LED產(chǎn)品實際上已經(jīng)誕生很長時間，但在市場反應來看這是一個失敗的產(chǎn)品（從使用百分比和市場滲透率），主要問題包括：

發(fā)光效率問題：?實際上用于照明的LED大都工作在沒有限流電阻的情況，通過特殊的恒流電路使得LED發(fā)光效率達到最大;

LED串聯(lián)問題：?很多應用場合需要將多個LED串聯(lián)形成更大面積的顯示燈，如果帶有限流電阻則需要更大的驅動電壓才行。此時往往使用恒流電路來驅動這些串聯(lián)的LED；

不同的工作電壓和電流：?前面我們知道決定LED限流電阻大小是由多個因素組成，一旦按照某種條件集成有限流電阻，則就限制了LED使用的場合；

散熱問題：?如何有效將限流電阻上的功耗散掉也是影響LED內部集成限流電阻的因素；

低工作電壓：?現(xiàn)在的電路工作電壓 越來越低，從原來的5V逐步過渡到3.3V，甚至更低，這就使得集成有LED的器件無法適應多種工作電壓；

使用表貼限流電阻很方便：??還是在現(xiàn)實中，電路中增加一個表貼限流電阻比較省事，就使LED可以適應各種工作條件了。對于高電壓（比如+12V）可以串聯(lián)多個LED來工作。

03 總結

使用LED的過程中，需要在電路中設計有限流電路（可以是限流電阻，或者恒流電路）以保證LED流過的電流不要超過LED最大工作電流。使用限流電阻是在普通的LED應用中的最常見方便的電路。現(xiàn)在還存在著 一些更加復雜，集成有更多功能的LED芯片可以使用。本文討論了為什么早期單個LED內部不直接集成限流電阻的原因。

編輯：黃飛

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