LED是发光二极管英文（Light-Emitting Diode）的简称，由半导体材料构成。常说的LED灯珠是指功率较大的LED，多为白光LED，如图1所示，通常用作照明或液晶屏的背光源。LED是一种固体光源，当给它两端加上正电压时，半导体中的电子与空穴复合，从而辐射出可见光。由于LED具有节能、环保、安全、寿命长、功耗低等优点，现已广泛应用于指示、显示、装饰、背光源、普通照明等领域。
1．光学特性
LED发光的波长不同，则呈现的颜色也就不同。按颜色分有红、橙、黄、绿、蓝、紫、白等多种颜色。按亮度分有普亮、高亮、超高亮等多类。同种芯片在不同的封装方式下，它的亮度也不相同。按人的视觉可分为可见光和不可见光两大类。按发光颜色的多少可分为单色、双色、七彩等多类。
另外，LED色彩的纯度不同，其成本相差较大，如现在广泛使用的纯白色LED，价格就高于其他色的LED。
LED在其电流极限参数范围内，若流过的电流越大，它的发光亮度就越高，即LED的亮度与通过LED的电流成正比。但需注意的是，绿光、蓝光及白光LED在大电流情况下会出现饱和现象，这时不仅发光效率大幅降低，而且使用寿命也会缩短。
2.LED的伏安特性
LED是一种可发光的二极管，除了具有发光特性外，还具有普通半导体整流二极管的特性。其伏安特性曲线分为正向特性区、反向特性区和反向击穿区，如图2所示。
AB段为工作区，在这一区域，随着LED两端正向电压的增加，流过LED的电流会大幅增加，LED的发光强度也会增强。当LED两端正向电压增加到一定值后，流过LED的电流会超过其极限值，从而烧坏LED。
OC段为反向死区，即给LED加上反向电压，LED是不发光的，但有较小的反向电流，其值一般为数微安。一般LED在反向电压VR=5V的条件下，反向电流IR≤10μA。
OD段为反向击穿区。通常情况下，加在LED上的反向电压不要超过10V，最大不能超过15V，否则会导致LED反向击穿而损坏。
值得一提的是，LED的伏安特性并不是固定的，而是随着温度变化而变化。即使在恒压供电时，流过LED的电流会随着温度的变化而变化，使之伏安特性具有负温度系数的特点，如图3所示。
LED正向电压：不同颜色的LED在额定的正向电流条件下，有着各自不同的正向压降值（常称作正向电压），红、黄、橙色LED的正向电压在1.8V～2.5V之间，绿、蓝、白色LED的正向电压在2.7V～4.0V之间。
LED的额定工作电流：普通的白光LED电流一般为20mA，大功率的白光LED电流一般为60mA、120mA、350mA等。
LED的额定功率：常见 LED功率有70mW、100mW、1W、2W、3W、5W等多种。
4．温度特性
LED的亮度输出与温度成反比。温度不仅影响LED的亮度，也影响它的寿命。在实际使用中，应尽量减少LED周边电路的发热量，并做一定的散热处理。
另外，在焊接LED时，温度应低于250℃，焊接时间控制在3s～5s之间，以避免温度过高损坏LED芯片。
综上所述，LED主要具有以下特点：
（1）单向导电，且LED的开启电压、正向压降与LED的发光颜色有关。在实际使用中，应采用直流电压或单向脉冲电压向LED供电，且电压不得低于LED的正向压降。
（2）LED具有非线性的伏安特性曲线，电流与电压不成正比。在实际电路中，应对LED电流加以限制，以防止LED过流损坏。
（3）LED的发光强度（光通量）随电流的增大而增加，但不成正比。在设计电路时，应让LED在光效比较高的电流值下工作。
（4）LED对温度敏感，当其内部结温升高时，光输出量减少，正向压降减小。因此，在设计或安装LED中，应采用优良的散热设计，尽可能使LED工作于低温度环境中。
（5）LED的离散性较大，在LED照明电路中，应尽量选用在额定电流条件下正向压降值相同、光强差别小的LED，只有这样才能保证LED的发光效果一致。
二、LED的连接形式
在实际使用中，往往单只LED的功率达不到要求，这时就需要用多只LED组合在一起，使之总功率达到要求。多只LED具体怎么连接，应考虑与之相配的驱动器（又称驱动电源）的参数，使两者相匹配。如果设计的电路使每只LED分担电压或电流过高，就会严重影响LED的使用寿命，甚至烧毁LED；如果分担的电压或电流过低，则LED发光强度不够。
1．串联
在该类连接方式中，最简单的连接关系如图4所示；若每只再并联一只稳压管，其串联方式，如图5所示。
2．并联
在该类连接方式中，简单的并联连接如图6所示，独立匹配并联连接如图7所示。
3.混联
混联实际是串联、并联的组合，分为“先串后并”和“先并后串”，分别如图8、图9所示。
综上所述，各类LED的连接形式的优点与缺点见表1。
另外，在LED照明电路中，为了有效地控制电路中的电流，须在电路中加装限流电阻，如图10所示。
限流电阻的作用主要是控制流过LED的电流，使加在LED上的电压更平滑，并使各并联支路的亮度更均匀。限流电阻阻值越大，效果越好，但阻值也不能太大，否则会增加电能的损耗，具体计算公式如下：R=汉输入电压－VLED总电压）A（流过限流电阻的电流）。
三、LED驱动器的分类与特点
1．按驱动方式分类
（1）恒流式
恒流驱动电路输出的电流是恒定的，而输出的直流电压却随着负载阻值的大小不同在一定范围内变化，负载阻值小，输出电压就低，负载阻值越大，输出电压也就越高。该方式不怕负载短路，但严禁负载完全开路。
恒流驱动是较为理想的LED驱动方式，但相对而言价格较高。
( 2）稳压式
在该类驱动器中，当稳压电路中的各项参数确定后，输出的电压是固定的，但输出的电流却随着负载的增减而变化。因此，在采用该方式时，应在每串LED中串联合适的电阻，从而使各串LED的发光亮度均匀。另外，该方式不怕负载开路，但严禁负载完全短路。
2．按输入供电类型分类
LED驱动器的输入供电有两类：一是由直流电源供电，如电池或经DC-DC变换所得的直流电压，这类方式主要用于LED指示电路、液晶屏的背光电路中；另一种方式是直接由市电供电。
（1）直流输入方式
该方式又分为线性稳压器与开关型DC-DC两类，下面分别进行介绍。
线性稳压器又分为传统线性稳压器与LDO（低压差）稳压器两大类，前者如常见的78XX系列，后者如常见的1117、1084系列。
传统线性稳压器要求输入电压至少要高于输出电压3V，且输出电流一般也难以超过1A。由于在该方式中，稳压器自身功耗较大，因此LED的驱动效率低，例如一款采用MC7809的LED驱动电路，如图11所示，总功率P =17V×0.35A =5.95W、稳压器上消耗的功率 Pic=（17V－9V）×0.35A =2.8W、LED消耗的功率Pled=（9V－5.7Ω×0.35A）×0.35A=2.45W，该驱动电路的效率η=Pled/P=41%。
LDO稳压器的输入、输出电压差低至0.6V，其效率远高于传统线性稳压器，因此这一方式在便携式电子产品的LED驱动电路中大量使用。
开关型DC-DC变换器又有降压（Boost）、升压（Buck）与降压一升压（Buck-Boost）之分。在LED驱动电路中，多用升压型DC-DC变换器，其原理简图如图12所示。
当开关管V导通时，二极管D截止，电感L中的电流不能突变，从零开始增加，在此过程中，L将电能转化为电磁能并储存，电容C向负载供电。当S截止时，L中的感应电动势的极性变为左－右＋，D正向偏置导通，L向外释放原储存的能量，这时L中的感应电动势与输入电压叠加，向负载供电，并给C充电。
一款手机液晶屏的LED的背光驱动电路如图13所示，CAT37是一块DC-DC变换控制芯片，内部集成有开关管、PWM控制器、LED电流检测等电路；L1为升压电感。
（2）市电输入方式
该方式主要用于LED照明电路中。由于加在LED两端的电压应为直流低电压，因此在市电输入方式下，LED驱动器中应设有相应电路，将其转换为符合LED工作要求的直流电压。从电路结构上看，该方式又分为非隔离与隔离两类，下面分别进行介绍。
1）非隔离方式
非隔离是指负载端与输入端直接连接，触摸负载有触电的危险，这种方式多用于普通LED照明电路中，且对于小功率LED灯，一般采用电容降压方式，对于中高档LED照明灯，一般采用高压芯片恒流方式。
电容降压电路如图14所示，电容C1起降压、限流作用，R1为断电后C1中电荷的泄放电阻。在市电为AC220V/50Hz的条件下，C1的充电电流值（单位是mA）约等于69倍电容的容量值（单位是μF），即1=69C1。在图14中：C1的容量为1μF，则C1的充电电流值为69mA。
电容降压电路的优点是体积小、成本低，缺点是带载能力有限，效率不高，且输出电压会随市电网电压的波动而变化，致使LED亮度不稳定。另外，该电路的可靠性也不高，尤其是在电网电压大幅波动时，由于电容的充放电作用，通过LED的瞬间电流较大，容易损坏LED.
总之，电容降压电路只能用于对LED亮度及精度要求不高的场合。
高压芯片恒流电路是指用一集成电路对LED的峰值电流进行控制，使流过LED的电流保持在安全范围内。常见的HV9910B就是一款LED恒定驱动器，具有峰值电流控制和降压转换功能，其应用电路如图15所示。
在场效应管V导通时，电感L中的电流快速上升，当达到HV9910B内设的电流阂值时，HV9910B的GATE端输出低电平，V截止，这时L中的电能通过二极管D及LED进行释放，流过L中的电流迅速减小，如图16所示。到下一个周期时，HV9910B的GATE端再次输出高电平，V导通，如此周而复始。
芯片恒流电路简单，所需元器件小，但恒流精度不高，并且一旦电路失控，会烧毁LED灯串。
2）隔离方式
隔离是指负载端与输入端之间安装有隔离变压器，其安全性远高于非隔离方式。这种方式又分为变压器降压与PWM恒流两类。
对于变压器降压而言，有常规变压器降压与电子变压器两类，前者采用工频变压器，如图17所示，具有电路简单等优点，但重量偏重、电源效率较低、一般在45%～60％之间；后者虽电路简单，且体积小，但电压适应范围不宽，一般为AC 180V～240V，纹波干扰大，且电源效率也不高。在目前的LED照明电路中，很少采用变压器降压方式。
PWM恒流方式：主要由输入整流滤波、输出整流滤波、PWM稳压控制与开关能量转换四部分电路组成，如图18所示。
该电路在输入电压、内部参数或外接负载变化的情况下，控制电路通过被控制信号与基准信号的差值进行闭环反馈，调节主电路开关器件导通的脉冲宽度，使得开关电源的输出电压或电流稳定（即相应稳压电源或恒流电源）。
PWM恒流电路的电源效率高，一般在80%～90％之间，并且输出电压或电流稳定，具有完善的保护功能，可靠性高，属于比较理想的LED驱动电源。
四、白光LED照明灯具驱动器的选配要求
白光LED照明灯具是指常见的LED灯泡、LED日光灯等，其驱动器的输入电压为AC220V。在选购或维修、代换LED驱动器时，除要求其效率与可靠性较高外，还应察看LED灯串的数量与连接关系，看驱动器相关参数是否符合要求。
1.LED的工作电流
在白光LED照明灯具中，所用LED的额定工作电流多为20mA或60mA。以20mA的LED为例，若实际工作电流为20niA，则LED发热严重。经多次试验，将其实际工作电流设为16niA～18mA较为理想。若该灯具有N路LED灯串，则要求LED驱动器输出电流约为17N（单位是mA）。
2.LED的工作电压
一般的LED的推荐工作电压是3.0V～3.5V，实际选配时，可按每只3.1V进行估算。例如：某灯具中一路LED灯串由20只LED串联，则要求LED驱动器输出电压约为62V。
提示：若要使LED灯具的工作电压范围为AC85V～265V，则要求每路LED灯串的LED数量不超过24，即加在LED灯串上的直流电压约为72V；并联的LED灯串数最好不超过12。
3．功率因数
功率因数（PFC）反映了电能的有效利用率，是合理用电的重要指标，其理想值为1，实际值越大，表示电能利用率越高。
尽管国家对LED灯具的功率因数有一定要求，但考虑到成本等因素，许多LED灯具的驱动器中并未安装功率因数校正（PFC）电路。
目前，LED灯具的功率因数情况如下：
（1）无PFC电路，功率因数约为0.65。
（2）安装有无源PFC电路，又称填谷式PFC，如图19所示，C1和D1组成半桥的一臂，C2和D3组成半桥的另一臂，D2和R1组成充电通路。滤波电容C1、C2串联，每只电容上的电压最高为输入电压的一半（VAC/2）。当线电压低于VAC/2时，D1、D3正偏导通，C1、C2并联向外放电。若该电路与LED灯串匹配好的话，功率因数可达0.92。
（3）安装有有源PFC电路，采用专用的PFC控制芯片，功率因数可达0.99。
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