从LED原理分析用恒流供电还是恒压供电

 现在有关这个问题有很多各种不同似是而非的说法，有人说：在led伏安特性上，电压定了，电流也就定了。所以采用恒压和恒流效果是一样的。有人说LED并联时就应该采用恒压电源供电，而LED串联时就应该采用恒流电源供电；有人说，因为LED是恒流器件，所以要用恒流源供电；有人说，采用市电供电时就应该采用恒压电源供电，采用蓄电池供电时，就应该采用恒流电源供电。至于为什么这样要求，似乎谁也说不明白。

那么，到底是应该采用恒压电源，还是恒流电源供电呢？

首先来看一下LED到底是什么样的器件。因为LED的亮度是和它的正向电流成正比，而且一些LED的结构决定了它的散热也就是功耗。所以大多数LED会给出额定电流，例如Φ5为20mA，1W的为350mA等，但这并不等于LED只能工作于这些额定电流，更不意味着LED就是一个恒流器件。例如Cree的1瓦LED和3瓦LED是同一型号，电流从350mA加大到700mA，功率就从1W加大成3W，所以这个LED可以工作在350-700mA之间的任意值。

要深入了解这个问题首先要知道LED的伏安特性。

1. LED的伏安特性

LED的中文名字就是发光二极管，所以它本身就是一个二极管。它的伏安特性和一般的二极管伏安特性非常相似。只不过通常曲线很陡。例如一个20mA的草帽LED的伏安特性如图1所示。

图1. 小功率LED的伏安特性

假如用干电池或蓄电池供电，那么因为LED伏安特性的非线性，很小的电压变化就会引起很大的电流变化，上图中电源电压在3.3V时正向电流为20mA的LED，如果用3节干电池供电，新的电池电压超过1.5V，3节就是4.5V，LED的电流就会超过100mA，很快就会烧坏。

对于1W的大功率LED也是如此，图2是某公司1W的LED伏安特性，而一个12V蓄电池的电压，在充满电到快放完电的电压可以从14.5V降到10.5V。相差将近20%。从伏安特性上可以看出，电源电压的10%的变化（3.4V-3.1V），就会引起正向电流的3.5倍的变化（从350mA变到100mA）。

图2. 1W大功率LED的伏安特性

2．伏安特性的温度系数

到现在为止，还有很多人以为LED电压定了，电流也就定了，所以采用恒压和恒流是一样的。实际上，LED的伏安特性并不是固定的，而是随温度而变化的，所以电压定了，电流并不一定，而是随温度变化的。这是因为是LED是一个二极管，它的伏安特性具有负温度系数的特点。

 
图3. 伏安特性的温度特性

温度系数通常是-2mV/度（-1.5—2.5mV/°C）,也就是随着温度的升高，其伏安特性左移，假如所加的电压为恒定，那么显然电流会增加。而LED本身的效率很低，温升很高，加电以后，假如散热不好，其温度很容易上升到八、九十度以上。假定采用3.3V恒压源常温下工作在20mA，而温度升高到85度时，电流就会增加到35-37mA，而其亮度并不增加。电流增加只会使它的温升更高，这样就会增加光衰，降低寿命。

而且如果不用恒流源而用恒压源供电时，常温下工作在20mA时,到了-40度时,电流就会降低至8-10mA,亮度会降低。对于1W的大功率LED芯片，情况也是一样，而且由于功率大，散热更不容易，温升问题更加严重。

3. 用恒压电源以后能不能靠串联电阻来稳定电流？

串联电阻只有限流的作用，也就是如果电源电压比LED串联以后的电压还要高，那么就需要串联电阻来限流，以免损坏LED。但是如果想要用串联电阻来减小温度的影响，它的作用是很小的，这可以从伏安特性上看出，串联电阻以后的确可以减小温升带来的电流升高，电阻越大，电流随温度变化越小，但是只是减小，并不能消除。而且很明显，电阻将带来额外的功耗，使得LED的总体效率降低。假定所用的LED为1W的LED，其电流为0.35A。假定串联的电阻为100欧姆，所消耗的功率就高达12.25W显然是不能接受的，即使把电阻降低到10欧姆，其功耗仍然有1.225W。比LED本身的功耗还要大。为了减小这种功耗，就必须把电阻再减小。然而，减小电阻的结果是使得由温升所引起的电流变化还是照样加大。所以，串联电阻决不是一个好办法。

图4. 串联电阻只能减小温度的影响，而不能消除其影响

4．几个LED并联，能不能用恒压电源？

由于LED伏安特性的离散性，不但不同厂家生产的同样瓦数的LED伏安特性不一样，就是同一厂家生产的同一型号的LED其伏安特性也是不同的。

图5. 不同厂家和同一厂家生产的LED伏安特性的离散性

很明显，假如用恒压电源3.4V供电，显然流过每个LED的电流都不一样，每个LED的亮度也就不一样。所以不能采用恒压电源供电。

5. 多个LED并联后，采用恒压电源供电，能不能用不同的串联电阻来使电流平衡？

在常温下是可以的，但在温升以后就不能保持了。图6中就显示了这个问题，常温下的LED伏安特性以实线表示，两个LED的伏安特性在斜率上略有区别，在用恒压电源Vo供电时，选用不同的电阻，可以得到同样的正向电流Io。但是当温度升高时，其伏安特性左移，如虚线所示。因为还是原来的恒压和原来的电阻，此时的电流却变成了I1和I2。不等于原来的Io了。

图6. 串联电阻可以在常温下保持其电流不变，但在温升以后就不能保持电流平衡。

 　　6. N个LED串联后，假如用恒压电源供电，其温度效应（由温升而引起的电流增加）将会扩大N倍， 这是因为所有LED串联以后相当于各个LED的伏安特性沿电压轴串联

图7. 多个LED串联，相当于多个伏安特性在恒流点叠接，加电以后温度上升，所有伏安特性左移。
 
温升以后，N个伏安特性都左移，就使电流的增加也加大了N倍。如果采用恒流电源供电，那么温升以后，仍然能够保持电流恒定为Io。

综上所述，给LED供电，一定要采用恒流电源供电，电流恒定以后，不管温度怎么变化，伏安特性如何左移，电流都不变！结温也就不会恶性循环了！