为什么大部分LED内不集成限流电阻？

使用LED的过程中，需要在电路中设计有限流电路（可以是限流电阻，或者恒流电路）以保证LED流过的电流不要超过LED最大工作电流。

使用限流电阻是在普通的LED应用中的最常见方便的电路。现在还存在着一些更加复杂，集成有更多功能的LED芯片可以使用。本文讨论了为什么早期单个LED内部不直接集成限流电阻的原因。

限流电阻&导通电压

▶ 限流电阻

我们知道，在使用LED的过程中，不要直接将LED连接在电源两端，因为这存在过大的电流将LED烧坏的危险。通常情况下需要在LED的管脚上连接一个限流电阻，控制流过LED的电流在合适的工作范围。

这个电流电阻的大小需要根据：

• 供电的电压U；

• LED管压降U_LED，这由LED的颜色确定；

• 驱动电流范围I_LED；

三个因素来确定限流电阻R_LED的大小。

图1 不同颜色的LED

▶LED导通电压

下图给出了实际测量到的几种不同颜色的LED的伏安特性。可以看到LED的V-A特性与普通的二极管很相似，只是导通电压随着不同的颜色LED而不同。

图2 不同颜色LED的V-A特性

在一些特殊的情况下，如果LED的导通电压与施加的电压基本相同，而且电池的内阻相对比较大，也可以直接用电池驱动LED。

比如下面的电路，显示了直接将红外LED连接在五号电池上的应用情况。

图3 直接将LED连接在电池两端

既然在大多数情况下，使用LED都需要连接限流电阻，那么为什么市面上没有直接内部集成限流电阻的LED出售呢？

为什么不集成限流电阻

在“Why dont LEDs have built-in resistors”中有人提出了这个疑问，后面的回答倒是非常丰富。

图4 提问者抱怨LED不集成限流电阻

这个提问者是在自己焊接了16个限流电阻之后发出怨念，提问为什么LED中不直接集成限流电阻。

▶存在集成限流电阻的LED

首先，市面上还是存在这种内部集成限流电阻的LED。比如Kingbright L-934SRD-5V就是一款内部集成有限流电阻的LED，LED直径3mm，工作在5V下，电流大约14mA。

图5 内部集成有电阻的+5V工作红色LED

实际上，现在已经存在集成有更复杂内部电路的LED，它们不仅仅集成有限流电路，可能还会有闪烁控制电路、调光电路等。比如WS2812串行可控彩色LED灯珠，就集成有串行接口电路以及三色PWM控制电路，使得仅仅使用一个IO端口就可以控制多达1024个LED灯的颜色和亮度。

图6 WS2812灯带点亮后的效果

▶LED集成限流电阻问题

前面我们看到集成有限流电阻的LED产品实际上已经诞生很长时间，但在市场反应来看这是一个失败的产品（从使用百分比和市场渗透率）。

主要有以下问题。

1）发光效率问题：

实际上用于照明的LED大都工作在没有限流电阻的情况，通过特殊的恒流电路使得LED发光效率达到最大。

2）LED串联问题：

很多应用场合需要将多个LED串联形成更大面积的显示灯，如果带有限流电阻则需要更大的驱动电压才行。此时往往使用恒流电路来驱动这些串联的LED。

3）不同的工作电压和电流：

前面我们知道决定LED限流电阻大小是由多个因素组成，一旦按照某种条件集成有限流电阻，就限制了LED使用的场合。

4）散热问题：

如何有效将限流电阻上的功耗散掉，也是影响LED内部集成限流电阻的因素。

5）低工作电压：

现在的电路工作电压越来越低，从原来的5V逐步过渡到3.3V，甚至更低，这就使得集成有LED的器件无法适应多种工作电压。

6）使用表贴限流电阻很方便：

还是在现实中，电路中增加一个表贴限流电阻比较省事，就使LED可以适应各种工作条件了。对于高电压（比如+12V）可以串联多个LED来工作。

图7 LED串联的限流电阻

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