1, LED-tulede tööpõhimõte
LED (Light Emitting Diode) on pooljuhtseade, mis töötab PN-siirde elektronide ja aukude rekombinatsioonil energia vabastamiseks ja valguse kiirgamiseks. Kui LED-ile rakendatakse päripinget, süstitakse elektronid N-piirkonnast P-piirkonda, ühendatakse uuesti P-piirkonna aukudega, vabastavad energia ja kiirgavad seda footonite kujul. See protsess on kvantefektide ilming, mis erineb põhimõtteliselt traditsioonilistest hõõg- ja luminofoorlampidest.
2, LED-ide mittelineaarse pinge vooluomadused
LED-valgustite pingevoolu (VI) tunnuskõver on mittelineaarne, mille määravad nende pooljuhtmaterjalide omadused. Kui päripinge on madal, on LED peaaegu mittejuhtiv ja vool peaaegu puudub. Sel ajal on LED väljalülitatud olekus ega kiirga valgust. Kui päripinge tõuseb teatud lävipingeni (mida nimetatakse sisselülituspingeks või lävipingeks), hakkab LED juhtima, vool suureneb järsult ja samal ajal kiirgab LED valgust. Edaspidi, pinge edasisel suurenemisel, vool jätkab suurenemist, kuid tõusu kiirus aeglustub järk-järgult, näidates selget mittelineaarset seost.
See mittelineaarne karakteristik tähendab, et LED-i tööpinget tuleb täpselt juhtida, et tagada LED-i töötamine sobiva vooluga, vältides liigvoolukahjustusi või valguse efektiivsuse vähenemist. Seetõttu on LED-draiveri ahelate disain ülioluline, kuna see peab tagama stabiilse voolu- või pingeallika, et kohaneda LED-ide mittelineaarsete omadustega.
3, mittelineaarne seos valguse väljundi ja voolu vahel
Lisaks pinge ja voolu vahelisele mittelineaarsele seosele on ka mittelineaarne seos valgusdioodide valgusväljundi (heleduse) ja voolu vahel. Üldiselt võib öelda, et voolu suurenedes LED-i heledus suureneb, kuid see paranemine ei ole lineaarne. Kui vool on väike, on valgusvõimsuse kasv suhteliselt kiire; Kui voolutugevus teatud määral suureneb, aeglustub järk-järgult valguse võimsuse suurenemise kiirus ja võib tekkida isegi küllastumine.
See mittelineaarne seos tuleneb peamiselt LED-i sees olevatest füüsilistest mehhanismidest. Kui vool suureneb, kiireneb PN-ristmiku rekombinatsioonikiirus, vabastades rohkem footoneid, mille tulemuseks on heledus. Kuid voolu jätkudes tõuseb ka PN-siirde temperatuur, mis põhjustab muutusi pooljuhtmaterjali ribastruktuuris, mõjutades seeläbi rekombinatsiooni efektiivsust ja optilist väljundit. Lisaks võib liigne vool põhjustada ka LED-i ülekuumenemist ja kahjustusi.
4, Mittelineaarsete karakteristikute rakendamine ja väljakutsed
LED-valgustite mittelineaarsed omadused toovad unikaalseid eeliseid nende kasutamisel valgustusvaldkonnas, nagu kõrge kasutegur, pikk kasutusiga, keskkonnakaitse jne. See mittelineaarne omadus seab aga väljakutseid ka LED-draiveri ahelate kujundamisel. LED-i jõudluse täielikuks ärakasutamiseks ja selle tööea pikendamiseks on vaja kavandada täpsed juhtimisahelad, et tagada LED-i optimaalne töövool.
Lisaks kasvavad LED-tehnoloogia pideva arenguga ka inimeste nõudmised selle jõudlusele. Nende nõuete täitmiseks on vaja läbi viia põhjalikud uuringud LED-ide mittelineaarsete omaduste ja nende aluseks olevate füüsikaliste mehhanismide kohta, et töötada välja tõhusamad, stabiilsemad ja töökindlamad LED-juhtimisahelad ja valgustussüsteemid.
