测试高亮度LED时避免损坏浪涌电流

根据最近的一份报告，到 2024 年，全球高亮度和大功率 LED 市场预计将达到 275 亿美元，其中大部分增长来自汽车行业，该行业的需求年增长率超过 10% 。六角研究。这种增长，包括从消费设备到商业应用的方方面面，很大程度上是由于高亮度 LED 与传统 LED 相比具有更高的亮度，并且比替代光源具有更低的能耗。

尽管高亮度 LED (HBLED) 和大功率 LED 之间存在一些区别，但从测试的角度来看，它们本质上是相同的。HBLED 被认为是产生超过 50 流明的发光二极管。大功率 LED 被定义为消耗超过 1 瓦功率的 LED。最终，区别归结为不同的特征或参数。

更高的功率是提供广受欢迎的亮度的原因，但如果工程师忽视浪涌电流的风险，也会导致测试出现问题。在测试过程中经常会无意中施加过大的浪涌电流，并可能导致您尝试测试的 LED 损坏。

本文着眼于在 LED 测试期间施加过多浪涌电流时会发生什么情况，为什么会出现问题，以及如何预防。

HBLED 过应力

LED 是一种两端半导体器件。当电子和电子空穴的雪崩开始复合时，二极管在正向偏置工作区域中的特征电压 (V d )处“开启” 。在此重组过程中，LED 的特性之一是以光子的形式释放能量，从而使 LED 发光。二极管在正向偏压区的IV特性如图1所示，其中V d为二极管的导通电压。

图 1：二极管的典型 IV 曲线。

虽然 LED 可以用电压或电流驱动，但电流是首选方法，因为 LED 亮度与其驱动电流成正比。如图 1 中的 IV 曲线所示，电压的微小变化会导致电流的巨大变化，这将导致 LED 亮度发生剧烈和不希望的变化。

此外，温度和老化会导致 V d随时间漂移。同样，这种小的电压漂移可能会导致不需要的电流变化。此外，以过量电流驱动 LED 会导致不可逆转的损坏，并导致器件寿命大大缩短。因此，将 LED 中的驱动电流调节到适当的水平至关重要。

浪涌电流是 LED 过载的常见现象。LED 可以建模为并联 RC 网络，这意味着当在设备的端子上施加电压时，设备会瞬间短路。这种瞬时短路会导致浪涌电流——一种比 LED 稳态工作电流大得多的短时间启动电流。

热切换

让我们看看将 LED 引入通电电路或“热切换”LED 会如何导致具有破坏性的浪涌电流。如图2所示，当开关打开时，电源电压保持在LED的额定电压。

图 2：测试系统示意图。

然而，一旦开关闭合，存储在电源输出端和导线上的电荷就会迅速流入 LED，直到电源开始调节流量。在图 3中，LED 开启电压由黄色波形表示，电流由蓝色轨迹表示。在传统恒压 (CV) 模式下由电源供电时，可以看到明显的瞬态电流峰值。

图 3：当 LED 在传统恒压模式下由电源供电时，蓝色曲线显示了一个瞬态电流峰值。

在测试 LED 设计时，工程师通常在进行测量时使用台式电源为设备精确驱动电源。工程师经常设置错误或使用无法完全控制的电源并最终损坏他们的设备。但这完全可以预防。

恒流模式

电源设计的一个增长趋势是在传统的可编程 CV 模式之外增加了恒流 (CC) 模式。当电源在 CV 模式下运行时，电压会受到调节，而电流可能会发生变化。使用 CC 电源时，提供给被测设备的电流与负载值无关。

这导致在图 4中的示波器上捕获的行为。当电源工作在 CC 模式时，电流被调节并提供给负载，而电压输出可能会发生变化。

图 4：在恒流 (CC) 模式下，吉时利 2260B 系列等电源能够控制 LED 的电流输入，直到 LED 达到其开启电压。

CC 模式的使用消除了对外部控制电路的需求，并简化了“软启动”LED 所需的方法。电源本身能够控制输入到 LED 的电流，直到 LED 达到其导通电压。通过消除瞬态浪涌电流的可能性，您可以保护 LED 免受相关损坏。通过电源上的限流模式，测试 HBLED 既安全又容易。

审核编辑：汤梓红