LED是發光二極管( Light Emitting Diode, LED)的簡稱，也被稱作發光二極管，這種半導體組件發展以來一般是作為指示燈、顯示板，但目前隨著技術增加，已經能作為光源使用，它不但能夠高效率地直接將電能轉化為光能，而且擁有最長達數萬小時～10 萬小時的使用壽命，同時具備不若傳統燈泡易碎，并能省電，同時擁有環保無汞、體積小、可應用在低溫環境、光源具方向性、造成光害少與色域豐富等優點。
1、非照明應用場合下LED驅動方式
早期LED主要應用在儀器儀表、交通信號燈等上面，充當指示燈的作用。在這幾種非照明應用場合下，LED工作的最簡單方法是把電壓源通過一個串聯電阻加到LED上。只要工作電壓(VB)保持恒定，LED會發射恒定強度的光(雖然光強隨環境溫度增高會減弱)。可以根據要求改變電阻值來變化光強。
圖1示出5mm直徑標準LED的正向電壓(VF)與正向電流(IF)的關系。注意，跨接在LED上的壓降隨正向電流增加。假定單個綠光LED在5V恒定工作電壓下具有10mA正向電流，則串聯電阻器KV=(5V-VF,10mA)/10mA=300W。
圖1標準紅光、綠光和黃光LED的正向電壓(范圍1.4V~2.6V)與正向電流的關系
如圖2所示，典型工作條件下數據手冊給出正向電壓是2V。像這種商用二極管是用鎵-砷化物-磷化物制造的。大多數的設計工作師了解和容易處理它們，這種LED具有如下特點：
發射的彩光(發射波長)在正向電流、工作電壓和環境溫度變化時能相對保持恒定。標準綠光LED發射波長為565nm左右，容差只有25nm。因此，幾個這樣的LED并聯工作(圖3)不會成問題。其色差是很小的。正向電壓的正常變化會導致光強略有變化，但這種差別也是較小的。通常，可以忽略來自同一廠家和同一批號的LED的差別。
在正向電流接近10mA時正向電壓隨正向電流有小的變化。紅光LED變化大約200mV，其他LED變化400mV左右(見圖1)。
在正向電流低于10mA時，其正向電壓比藍光或白光LED小很多，這樣可直接用Li+電池或一個3節NiMH電池對它們供電。
因此，在早期充當指示燈應用的場合中，標準LED工作的供電成本是相當低的。在LED工作電壓大于其最大正向電壓時不需要升壓變換器或復雜昂貴的電流源。只要應用允許隨電池放電所導致光強減弱的容限，LED甚至可直接工作在Li+或3節NiMH電池。
圖2串聯電阻器和恒壓源為LED工作提供一種簡單方法
圖3并聯工作的幾個紅光、黃光、綠光LED配置
2、照明應用場合下LED驅動方式
照明用LED有著和傳統光源以及指示燈用LED不一樣的電源驅動要求。先來看看一個各種LED工作的特種曲線。如圖4所示，LED在加上電壓以后，當電壓越過一臨界值后，就開始流出電流，發出光，LED開始工作。不同顏色的LED，其臨界電壓不一樣，這就是我們前面所提到的禁帶寬度相一致的。比如，紅光的波長較長，能量低，其對應的LED臨界電壓也比較低，藍光的波長較短，能量高，其臨界電壓也高。這一電壓，就是LED一個極其重要的參數，正向電壓：VF，forward voltage。我們還注意到，這些電壓都比較低，只有幾伏，如紅外光的1.1V左右，最高的藍光也只不到3V，即使到比較大的電流如30-40mA,其電壓值也只在3.5V左右。這個電壓和我們的日常使用電壓是要一定距離的，因此要對電源電壓進行變換才能滿足LED驅動要求。另外一個重要的現象是：一旦電壓超過VF之后，電流就變化比較快，而且不是線性關系，即電流增加和電壓增加不成比例。
圖4 不同顏色LED的工作曲線
我們在來看另外一個圖。圖5顯示的是同一批生產出來LED，由圖可以看出，即使在同一批次生產出來的LED，其正向電壓也會偏差200-300mV.雖然，200-300mV的電壓偏差只相當于10%的電壓變動，但卻會使流經LED的電流相差一倍以上。而我們知道，LED發光強度是由其PN結兩邊電子和空穴的復合數量，即流過PN結的電流決定的。這就意味著，即使在相同的電壓條件下，同一批次的LED，其表現的亮度會差上一倍，這會嚴重影響我們的視覺。因此說LED是電流驅動器件，要想保證LED一定的亮度，最直接最簡便的方法就是給同一路中的LED提供一定的電流，而不是保證控制加在不同LED兩端的電壓一致。
圖5同一批次LED的正向電壓和電流的關系曲線
(實線和虛線分別來自不同的廠)
另外，照明用LED如果不采用恒流電流驅動，不僅照明度將不穩定，還會影響其波長，縮短其壽命。圖6顯示了藍光LED的正向電流和發射波長間的關系。從圖中可以看出，隨著電流的增大，LED發光的中心波長將會向短波長方向移動。當電流從0增大到500mA時，其波長偏移將近10nM,這會帶來明顯的色彩飄移。更為嚴重的是，如果LED在超過最大額定值長期運行時，有可能被損壞。圖四是Philips公司的實驗結果，顯示了LED早衰，具體表現為亮度下降，平均期望壽命降低.如圖所示，在同樣的結溫下，電流越大，其期望壽命越短:在140度的結溫下，1.5A時(B50,L70)為17000小時，1A時為36000小時，700mA和350mA時，都會超過60000h.
圖6 LED波長和電流的關系
圖四 LED壽命，驅動電流，結溫和平均壽命(B50, L70)
因此，作為電流型器件的LED，當其應用于照明場合時，恒流驅動是非常重要的，不僅能保證一定的亮度，還能延長其使用時間。
【廈門大學物理與機電學院周珍富、廈門大學物理與機電學院王亞軍副教授、陳艷玲 、賈迎春、郭捷、倪斌等人對本文均有貢獻】
