LED手电筒及其驱动电路介绍

　　LED手电筒是以发光二极管作为光源的一种新型照明工具，它具有省电、耐用、亮度强等优点。

　　（一）LED发光原理 （LED手电筒）

　　发光二极管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光，如图1所示。

　　假设发光是在P区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光。除了这种发光复合外，还有些电子被非发光中心（这个中心介于导带、介带中间附近）捕获，而后再与空穴复合，每次释放的能量不大，不能形成可见光。发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大，光量子效率越高。由于复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在靠近PN结面数μm以内产生。

　　理论和实践证明，光的峰值波长λ与发光区域的半导体材料禁带宽度Eg有关，即

　　λ≈1240/Eg（mm）

　　式中Eg的单位为电子伏特（eV）。若能产生可见光（波长在380nm紫光~780nm红光），半导体材料的Eg应在3.26~1.63eV之间。比红光波长长的光为红外光。现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极管，但其中蓝光二极管成本、价格很高，使用不普遍。

　　（二）LED手电筒的特性

　　1.极限参数的意义

　　（1）允许功耗Pm:允许加于LED两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。超过此值，LED发热、损坏。

　　（2）最大正向直流电流IFm:允许加的最大的正向直流电流。超过此值可损坏二极管。 

　　（3）最大反向电压VRm:所允许加的最大反向电压。超过此值，发光二极管可能被击穿损坏。 

　　（4）工作环境topm:发光二极管可正常工作的环境温度范围。低于或高于此温度范围，发光二极管将不能正常工作，效率大大降低。

　　一般的LED手电筒前端为5~8个高亮度发光管，使用1~2节电池。由于使用超高亮度发光管的原因，发光效率很高，工作电流比较小，实测使用一节五号电池5头电筒， 电流只有100 mA左右。非常省电。如果使用大容量充电电池，可以连续使用十几个小时，笔者就买了一个。从前端拆开后，根据实物绘制了电路图，如图所示。

　　工作原理：

　　接通电源后，VT1因R1接负极，而c1两端电压不能突变。VT1（b）极电位低于e极，VT1导通，VT2（b）极有电流流入，VT2也导通，电流从电源正极经L、VT2（c）极到e极，流回电源负极，电源对L充电，L储存能量，L上的自感电动势为左正右负。经c1的反馈作用，VT1基极电位比发射极电位更低，VT1进入深度饱和状态，同时VT2也进入深度饱和状态，即Ib>Ic/β（β为放大倍数）。随着电源对c1的充电，C1两端电压逐渐升高，即VTI（b）极电位逐渐上升，Ib1逐渐减小， 当Ib1<=Ic1/β时，VT1退出饱和区，VT2也退出饱和区，对L的充电电流减小。此时。L上的自感电动势变为左负右正，经c1反馈作用。VT1基极电位进一步上升，VT1迅速截止，VT2也截止，L上储存的能量释放，发光管上的电源电压加到L上产生了自感电动势，达到升压的目的。此电压足以使LED发光。

　　LED手电驱动电路原理图