O que são LEDs...Fundamentos técnicos sobre LEDs

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Eletricamente, um LED é simplesmente um diodo semicondutor que inclui uma junção pn, onde o lado p, ou ânodo, contém excesso de carga positiva (buracos) e do lado n, ou catodo, contém excesso de carga negativa (elétrons). A aplicação de uma tensão para a frente através da junção pn causas elétrons se movam da área de n para a área p e buracos para se mover em direção à área n. Perto da junção, os elétrons e buracos se combinam com a liberação de energia como fótons, resultando na luz emitida pelo LED.
LEDs oferecem uma série de vantagens para os desenvolvedores de aplicativos em geral e designers circuito em particular. Enquanto tradicionais fontes de luz liberam fótons em todas as direções e em comprimentos de onda larga, LEDs proporcionam uma iluminação altamente direcional em comprimentos de onda relativamente estreita determinada pelo tipo de material semicondutor usado na construção da junção pn. LEDs também são muito mais rápido do que tradicionais fontes de luz - capaz de ligar e desligar instantaneamente, sem necessidade de tempo de aquecimento. Na verdade, LEDs podem ser ligados de forma rápida e indefinidamente com pouco ou nenhum impacto na vida do dispositivo. LEDs operar em uma ampla gama de temperaturas e até mesmo oferecer características melhoradas em temperaturas mais baixas. Mecanicamente, os LEDs são dispositivos pequenos, compactos e robustos que possam ser usadas confiavelmente em ambientes apertados ou duras onde a iluminação tradicional não poderia caber ou mesmo sobreviver.Com os avanços continuaram em LED tecnologia de fabricação, esses dispositivos têm evoluído de forma significativa a partir do bulbo de 5 mm familiares vermelho para fontes de iluminação sofisticados (Fig. 1). Como dispositivos semicondutores, todos os LEDs - de 5 mm simples para avançados dispositivos de alta potência - pode ser concebida simplesmente em qualquer circuito e controlados como qualquer outro dispositivo eletrônico. De fato, trabalhar com LEDs significa projetar-los em circuitos com a mesma atenção aos requisitos operacionais e especificações folha dado a qualquer parte eletrônica.
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Dois dos parâmetros operacionais mais importantes no trato com LEDs são de tensão direta (VF) e corrente direta (IF). LEDs são dispositivos de baixa tensão, normalmente exigindo VF abaixo de 5 V e SE vão desde as dezenas de miliamperes para dispositivos indicador de pequenas e centenas de miliamperes para iluminação de grau LEDs. LEDs são muito sensíveis à voltagem aplicada. Pequenas mudanças no resultado VF grandes alterações no IF (Fig. 2) Excesso de corrente direta e pequenas tensões reverso pode destruir o dispositivo. Conseqüentemente, uma das especificações mais importantes em uma folha de dados LED é o seu máximo absoluto para a frente atual. LEDs precisa ser conduzido pelo seu valor nominal IF especificação para alcançar o desempenho especificado.
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Em sua forma mais simples, um circuito de condução LED precisa apenas de um resistor limitador de corrente, ou de lastro (Fig. 3). Apesar das evidentes vantagens na simplicidade e custo, essa abordagem resulta em ineficiência de alimentação da perda através do resistor em série e não tem a flexibilidade para manter a intensidade da luz com as mudanças no ambiente operacional ou as características do circuito.
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De fato, a saída de luz LED é altamente sensível à corrente direta (Fig. 4) e temperatura (Fig. 5). Os engenheiros podem resolver estes problemas através de comerciais CIs de driver de LED e compensação de temperatura métodos. Talvez um dos métodos mais flexível para controlar LEDs é a utilização de modulação por largura de pulso (PWM) de condução actual, onde a intensidade LED é controlado pela variação do ciclo de trabalho da fonte de corrente. Fabricantes de LED, muitas vezes fornecem gráficos de desempenho mostrando pulso de corrente características bem acima da classificação máxima corrente direta.
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Para a maioria dos engenheiros, especificações LED introduzir características novas e desconhecidas relacionadas com as capacidades de produção de luz e cor do aparelho. Como LEDs foram além de seus primeiros dias como mostra indicador simples, engenheiros de iluminação têm exigido detalhes sobre as características LED além de mais parâmetros auto-explicativas folha de dados, tais como comprimento de onda dominante e fluxo luminoso. Uma tal característica é eficácia luminosa. Para não ser confundido com eficiência LED (uma medida de quão bem a estrutura LED emite os fótons que produz), a eficácia luminosa descreve como efetivamente o dispositivo converte a energia à luz e é fornecido em lumens / Watt.
Além desses parâmetros de desempenho simples, no entanto, fichas técnicas state-of-the-art LEDs incluem tabelas extensas e gráficos para os parâmetros de cores-chave, incluindo temperatura de cor correlata (CCT), índice de cor de renderização (CRI) e coordenadas de cromaticidade - valores normalizados destinados a fornecer uma especificação normalizada de como um ser humano perceber a cor emitida pelo dispositivo.
Medida em graus Kelvin, CCT especifica a aparência de cor de uma fonte de luz em comparação com uma fonte de referência aquecido a uma temperatura particular. Paradoxalmente, as classificações inferiores K aparecem visualmente mais quente. Por exemplo, visualmente duras luzes de alta pressão de sódio tem um CCT de 1900 K, enquanto os chamados "branca fria" lâmpadas fluorescentes têm um CCT de 4200 K.CRI representa o quão bem a fonte de luz reproduz as cores em comparação com as fontes de referência incandescente e luz do dia. Luzes de alta pressão de sódio têm tipicamente um CRI 22, enquanto uma lâmpada fluorescente branca fria tem um CRI cerca de 62. Para aplicações de iluminação interior, a indústria e os grupos do governo recomendam um mínimo de 80 CRI. Porque os avanços na tecnologia de LED têm feito essa comparação cada vez mais difícil, um padrão alternativo de qualidade de cor irá substituir este parâmetro.Um dos mais importantes parâmetros de cor relacionada com folha de dados é a coordenada de cromaticidade. Definido em 1931 pela Comissão Internacional para a Iluminação, ou Comissão Internationale de l'Eclairage (CIE), o Diagrama de cromaticidade CIE 1931 representa qualquer cor como uma coordenada em um mapa de cores bidimensional (Fig. 6). Qualquer ponto no mapa especifica tanto o matiz (cor específica) e de saturação (pureza da cor) para uma cor. Como um ponto se aproxima do centro do mapa, ele aparece como uma luz cada vez mais puro branco. Fabricantes de LED incluem tipicamente x, y coordenadas de cromaticidade nas especificações folha de dados. Uma variação popular deste diagrama, CIE 1976, é um mapeamento alternativo que aparece como u ', v' coordenadas em folhas de dados.
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Aplicações práticas dos LEDs requer uma cuidadosa compreensão das especificações para o dispositivo especial de interesse - e uma apreciação que cada dispositivo irá apresentar variações no comportamento do mesmo as especificações indicadas. Pela análise cuidadosa e aderência ao LED especificações folha de dados, os engenheiros podem incorporar LEDs mais avançado em uma crescente variedade de aplicações. ■