翁德沃彭：
- 介绍
- LED 的操作
- 导通电压与 LED 颜色的关系
- 控制方式
- 多色 LED
内嵌：
LED是一种常用的发光半导体元件。 LED代表：Light Emitting Diode，意思是：发光二极管。 LED于1962年发明后，主要用作指示灯和信号传输。 自 90 世纪 XNUMX 年代末以来，技术的发展使得生产日常使用的 LED 成为可能。 在汽车技术中，由于与白炽灯和卤素灯相比具有以下优点，LED 经常用作仪表照明（仪表板）、外部照明（尾灯）或主照明（前灯）：
- 能耗低：与其他类型的灯相比，在相同的光强度下，LED 消耗的能源要少得多。 LED 的效率非常高，高达 80%；
- 安全性：白炽灯大约需要200毫秒来加热灯丝并发光。 LED 不需要预热阶段，这意味着 LED 可以更快地达到其光强度（不到 1 毫秒）。 当LED用作刹车灯时，刹车会更早被察觉，并对停车时间产生积极影响；
- 发热量低：由于 LED 几乎不发热，因此灯壳可以做得更小，并且可以使用耐热应力较差的更便宜的材料；
- 使用寿命长：LED 的使用寿命大约相当于整个汽车的使用寿命。 如果发现 LED 有缺陷，通常可以在其他地方找到原因，例如打印路径中断或控制不正确。 LED 的亮度会随着一定的燃烧时间而降低。
下图显示了二极管的符号，“阳极”和“阴极”两侧上方有附加文字。 LED的符号与二极管几乎相同，但增加了两个向上的箭头，表示光辐射。 电流方向与二极管一样，沿箭头方向。 垂直笔划是相反的方向。 如果电流按箭头方向流过 LED，它就会亮。 相反，它会被阻挡，因此不会发光。
LED 的操作：
就像“普通”二极管一样，LED 由两个半导体层组成：
- 负层（n层）含有过量的电子；
- 正极层（p层）缺少电子。
p层电子的短缺可以看作是空穴数量过剩。 在p-n结（耗尽层）中，n层中多余的电子将填充p层中的间隙。 目前还没有电流流动，因此 np 结中的电荷呈中性。
为了使电流流过二极管，必须首先克服耗尽区的内部电压。 这就是所谓的二极管的扩散电压或阈值电压。 当电压增加时，电子电流将能够从n层流向p层。 然而，在耗尽层中，其中一些电子被空穴捕获。 这些电子以闪光的形式释放部分能量。 产生的光可以通过薄 p 层逸出。 光的强度由电流决定：电流越强，光越强。
价电子从负层跳跃到正层提供了二极管发出的光。
导体电压与 LED 颜色的关系：
LED 有三种颜色：红、绿、蓝。 用这三种基本颜色混合可以得到其他颜色。 n 层和 p 层中的材料成分决定了电子和空穴的能量大小。
- 低能电子比高能电子将更少的能量转化为光辐射；
- 红光的能量比蓝光少；
- 红色是由低能电子产生的，蓝色是由高能电子产生的。
无法生产白光 LED。 通过在蓝色 LED 上添加额外的荧光层，部分蓝光会转化为黄光。 蓝光和黄光的混合物被人眼感知为白光。 通过调整黄光和蓝光之间的混合比例，您可以发出暖白光或冷白光。
在特性中，我们看到耗尽区中产生的电压，因此是相关颜色 LED 的导通电压。 当电流通过 LED 时，会出现几乎恒定的压降。
控制方法：
在汽车技术中，我们可以使用 LED 串联电阻 或串联电路，使我们达到所需的控制电压。
带串联电阻的 LED：
如果我们将 LED 直接连接到电池的正极和负极，LED 就会立即失效。 总应该有一个 串联电阻 与 LED 串联放置。
串联电阻的值由两个因素决定：电流和电源电压。 当工作电压达到 1,5 伏并且流过大约 20 mA 的电流时，红色 LED 就会亮起。
提供的电源电压取决于应用。 在汽车行业，电压可以是 5 伏，也可以是 12 伏或 24 伏。 所需的电阻可以使用欧姆定律确定。 从电源电压中减去工作电压，然后除以电流。
- 当电源电压为 5 伏时，红色 LED 需要一个 (5 - 1,5) / 0,02 = 175 欧姆的串联电阻。
- 电源电压为 12 伏，红色 LED 为：(12 – 1,5) / 0,02 = 525 欧姆（电阻高一倍）。
我们主要在改装 LED 照明 (retrofit) 中遇到带串联电阻的 LED。 LED 的快速开关时间和亮度可能是用 LED 取代白炽灯的一个原因。 您不必为了能源效率而这样做，因为串联电阻也会导致功率损耗，在某些情况下，功率损耗与原始灯的功率耗散一样大。
串联 LED：
通过串联LED，无需串联电阻或串联低阻值电阻。 LED 本身的内阻确保电源电压在串联电路中的 LED 之间分配。 串联的LED越多，串联电阻可以做得越小。 图中，六个LED串联，两排并联。
串联连接的 LED 存在于尾灯单元或第三刹车灯单元中。 这是汽车技术中常用的控制方法。
调节光强度：
通过微控制器，我们可以通过脉冲来控制 LED。 我们称之为： 脉宽调制（PWM）.
占空比决定 LED 被激活的时间。 通过在 3,3 伏和 0 伏之间高速交替开关脉冲，LED 以较低的亮度点亮。
这种控制方法在具有多种功能的灯泡上是一样的，例如：
- 开灯时亮度50%；
- 100% 亮灯，刹车灯亮。
在 Arduino 的实际设置中，您可以尝试对 Arduino 上的 LED 或外部连接的 LED（配备串联电阻）进行 PWM 控制。
多色 LED：
所有颜色都可以由红、绿、蓝三种基本色组成。 通过组合两个或三个 LED 可以充分利用这一点。 下面显示了通过电路获得多种颜色的三个原理。
二色LED：
该图显示了两个并联的 LED，具有反向和正向连接。 电流方向决定哪个 LED 亮起：绿色（顶部）或红色（底部）。极性由外部电路或 ECU 反转。
三基色LED：
该图还显示了两个并联的 LED。 在电路中，电源电压可以施加到两个 LED（绿色或红色）之一，或同时施加到两个 LED。 在这种情况下，会发生颜色混合，红色和绿色 LED 变为黄色。
RGB LED：
对于 RGB LED，三个 LED（每个 LED 都有自己的颜色）安装在一个外壳中。 颜色可以单独控制。 为了控制 RGB LED，需要三个 PWM 控制，它们在每个电源引脚上生成可调节的开/关比率。 除了不同的颜色之外，光的强度也可以调节。
在下图中，我们看到三个 LED，每个 LED 都有自己的阳极连接（A1 至 A3）和一个公共阴极。
