Схемы питания и управления светодиодами

August 17, 2011 by admin Комментировать »

При разработке схем питания и управления светодиодами, работающими в стационарных условиях, требуется учитывать такие факторы, как сложность и стоимость управляющей схемы, ее к. п.д, а также возможность компенсации температурной зависимости интенсивности излучения светодиодов.

Рис. 6.7. Зависимость прямого напряжения от температуры в термостате, полученная для светодиода УФ-диапазона AlGaNв Импульсном режиме со скважностью 1000 (а) и зависимость температуры р-п-перехода от постоянного тока для того же диода (б) (Xietal., 2005)

Рис. 6.8. Зависимость температуры р-п-перехода и температуры носителей в светодиодах от постоянного тока. Измеренные температуры носителей несколько завышены относительно реальных значений, что связано с ушире- нием спектров многокомпонентных твердых растворов вследствие флуктуации

состава

Самой простой схемой управления светодиодами является источник постоянного напряжения: батарея или трансформатор с выпрямителем на выходе. Все схемы питания светодиодов постоянным напряжением обладают двумя недостатками. Во-первых, зависимость тока, протекающего через диод, от напряжения носит экспоненциальный

характер. Поэтому незначительные изменения управляющего напряжения приводят к серьезным изменениям тока. Во-вторых, пороговое напряжение диода зависит от температуры. Поэтому любые изменения температуры вызывают сильные изменения тока.

На рис. 6.9 показаны вольтамперные характеристики светодиодов, работающих от источника постоянного напряжения. Видно, что последовательное включение диода с резистором снижает температурную чувствительность тока, протекающего через диод. При таком способе включения светодиода температурный коэффициент протекающего через него тока, определяется величиной последовательного сопротивления и температурными характеристиками самого диода.

Рис. 6.9. Схема питания светодиодов с последовательным сопротивлением Rs. Рабочими считаются точки пересечения нагрузочных линий с вольтамперными характеристиками. Наличие в схеме небольших сопротивлений Rsприводит к росту тока через диод при повышении температуры, что позволяет компенсировать снижение интенсивности излучения

 

Интенсивность излучения светодиодов из-за безызлучательной рекомбинации с ростом температуры снижается. При увеличении температуры снижается и величина порогового напряжения. Для уменьшения температурной зависимости интенсивности излучения светодиодов применяют источники постоянного напряжения с последовательно включенными резисторами. Как видно из рис. 6.9, в таких схемах при увеличении температуры ток, протекающий через диод, растет, т. е. происходит компенсация снижения интенсивности излучения, вызванного ростом температуры. Но здесь следует отметить, что при использовании последовательного сопротивления уменьшается эффективность преобразования электрической энергии в световую, поскольку часть электрической мощности теряется на резисторе.

Температурная зависимость интенсивности излучения светодиодов особенно сказывается в тех случаях, когда светодиоды эксплуатируются вне помещений. Например, в жаркие летние дни температура и освещение довольно высоки, а в условиях повышенной внешней освещенности светодиоды должны светиться ярче. Однако интенсивность излучения светодиодов с ростом температуры, наоборот, снижается. Для компенсации снижения интенсивности излучения, а также для ее некоторого увеличения при повышении температуры необходимо увеличивать управляющий ток.

Схема управления светодиодом по постоянному току может состоять из транзисторного каскада, нагрузкой для которого является сам диод. Такая схема позволяет регулировать интенсивность излучения светодиода, не меняя его порогового напряжения и температуры. Однако в схеме не происходит компенсации снижения интенсивности излучения светодиода с ростом температуры.

Упражнение. Компенсация температурной зависимости интенсивности излучения светодиодов при помощи управляющей схемы

Рассмотрим светодиод, у которого характеристическая температура Т1= 100 К, пороговое напряжение при температуре 20 °С равно 1,4 В, температурный коэффициент порогового напряжения составляет —2,1 мВ/К, а дифференциальное сопротивление, определенное на линейном участке вольтамперной характеристики при прямых напряжениях больше порогового напряжения, равно 5 Ом. Будем считать, что температурная зависимость интенсивности излучения светодиода задается выражением

 

Требуется разработать схему управления, состоящую из источника постоянного напряжения и резистора, компенсирующую температурную чувствительность интенсивности излучения светодиода так, чтобы интенсивность излучения была одинаковой и в точке замерзания воды (О °С) и при 60 °С. При температуре замерзания воды ток через диод должен быть 20 мА.

Решение

Для поддержания независимости интенсивности излучения от температуры ток через диод при температуре 60 °С должен быть 36,4 мА. На графиках вольтамперных характеристик светодиода найдем соответствующие значения температуры О °С и 60 °С, проведем нагрузочную линию через точки О °С, 20 мА и 60 °С, 36,4 мА и определим следующие параметры схемы управления: источник постоянного напряжения должен выдавать напряжение V = 1,6 В, а последовательное сопротивление должно быть 2,7 Ом.

Библиографическийсписок

Abdeikader H.I., Hausien Н. Н., and Martin J. D. "Temperature rise and thermal rise-time measurements of a semiconductor laser diode"/?ey. Sci. Instrum. 63, 2004 (1992).

Chhajed S., Xi Y., Li Y.-L., Gessmann Th., and Schubert E.F. "Influence of junction temperature on chromaticity and color rendering properties of trichromatic white light sources based on light emitting diodes’7. Appl. Phys. 97, 054506 (2005).

Epperlein P. W. "Reflectance modulation t a novel approach to laser mirror characterization" inProceedings of 17th International Symposium of Gallium Arsenide and Related Compounds, lOP Conference Series, lOP, London, 112,633 (1990).

Epperlein P. W. and Bona G. L. "Influence of the vertical structure on the mirror facet temperatures of visible GalnP quantum well lasers"i4ppZ. Phys. Lett. 62,3074 (1993).

Gessmann Th,, Schubert E.F., Graff J. W., Streubel K., and Karnutsch C. "Omnidirectionally reflective contacts for light-emitting diodes" IEEE Electr. Dev. Lett.24, 683 (2003).

Gu Y. and Narendran N. "A non-contact method for determining junction temperature of phosphor-converted white LEDs" Third International Conference on Solid State Lighting. Proceedings of SPIE, San Diego, Calif., 2003 (to be published) see also J. Taylor "Non-intrusive techniques help to predict the lifetime of LED lighting systems" Compound Semiconductors October (2003).

loffe Physico-Technical Institute (Saint Petersburg, Russia) "Physical properties of semiconductors" www.ioffe.ru/SVA/NSM/Semicond(2004).

Hall D.C., Goldberg L., and Mehuys D. "Technique for lateral temperature profiling in optoelectronic devices using a photoluminescence microprobe" Appl. Phys. Lett.61, 384 (1992).

Millman J. and Halkias C. Integrated Electronics: Analog and Digital Circuits and Systems (McGraw-Hill, New York, 1972).

Murata S. and Nakada H. "Adding a heat bypass improves the thermal characteristics of a 50pm spaced 8-beam laser diode array" J. Appl. Phys.72, 2514 (1992).

Rommel J. M., Gavrilovic P. and Dabkowski F. P. "Photoluminescence measurement of the facet temperature of 1 W gain-guided AlGaAs/GaAs laser diodes" J. Appl. Phys.80, 6547 (1996).

Schubert E.F., G5bel E.O., Horikoshi Y., Ploog K., and Queisser H.J. "Alloy broadening in photoluminescence spectra of AlGaAs" Phys. Rev. B30, 813

(1984)                  .

Todoroki S., Sawai M., and Aiki K. "Temperature distribution along the striped active region in high-power GaAlAs visible lasers" J. Appl. Phys.58, 1124

(1985)                  .

Varshni Y. P. "Temperature dependence of the energy gap in semiconductors" Physica34, 149 (1967).

Xi Y. and Schubert E. F. "Junction-temperature measurement in GaN ultraviolet light-emitting diodes using diode forward-voltage method" Appl. Phys. Lett. 85, 2163 (2004).

Xi Y., Xi J.-Q., Gessmann Т., Shah J.M., Kim J.K., Schubert E.F., Fischer A. J., Crawford M. H., Bogart K. H. A., and Ailerman A. A. "Junction

temperature measurements in deep-UV ligiit-emitting diodesMppZ. Phys. Lett.86, 031907 (2005).

Дополнение редактора

1.  Люминесцентные и электрические свойства светодиодов InGaN/AlGaN/ GaNс множественными квантовыми ямами / В. Е. Кудряшов, А. Н. Туркин, А.Э. Юнович, А.Н. Ковалев, Ф.И. Маняхин // ФТП. 1999. Т.33, №4. С. 445-450.

2.  Спектры и квантовый излучения светодиодов на основе гетероструктур InGaN/AlGaN/GaNс множественными квантовыми ямами — зависимость от тока и напряжения / В.Е. Кудряшов, С.С. Мамакин, А.Н. Туркин, А.Э. Юнович, А.Н. Ковалев, Ф.И. Маняхин // ФТП. 2001. Т.35, №7. С. 861-868.

3.  Электрические свойства и спектры люминесценции светодиодов на основе гетеропереходов InGaN/GaNс модулированно-легированными квантовыми ямами / С. С. Мамакин, А. Э. Юнович, А. Б. Ваттана, Ф. И. Маняхин // ФТП. 2003. Т. 37. Вып. 9. С. 1131-1137.

4.   Спектры излучения светодиодов на основе гетероструктур с квантовыми ямами типа InGaN/AlGaN/GaN: анализ на основе модели двумерной комбинированной плотности состояний с учетом флуктуаций потенциала / М. Л. Бадгутдинов, А.Э. Юнович // ФТП. 2008. Т.42, №4. С. 438-446.

5.  Варшни И. П. Собственная излучательная рекомбинация в полупроводниках // Излучательная рекомбинация в полупроводниках.—М.: Наука, 1972.-С. 9-124.

6.  Тепловые свойства мощных AlInGaNи AlGalnPдискретных светодиодов и матриц / В. С. Абрамов, В. П. Сушков, А. Н. Туркин, А. В. Шишов, Н. В. Щербаков // III Всероссийская Конференция «Нитриды галлия, индия и алюминия: структуры и приборы»: краткие тезисы докладов. Тез. 11.6.

 

Источник:

 Шуберт Ф. Светодиоды / Пер. с англ. под ред. А.Э. Юновича. — 2-е изд. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. – 496 с. – ISBN 978-5-9221-0851-5.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты