LED如何被认为是高效的？

我一直发现包含LED的电路很难理解，请耐心等待。我知道大多数人都觉得这很容易，但是我对他们感到困惑，因此我的某些假设可能不正确，如果是这种情况，请纠正我。

因此，问题就来了：既然LED毕竟是二极管，它们本质上是充当具有正向电压的导体，对吗？这就是为什么我们需要一个下拉电阻来调节流经电路的电流的原因。

例如，假设我们有一个Vf为2 V，工作电流为20 mA的LED。（我认为这些数字是合理的吗？如果不是，请再次告诉我。）我们的电源为恒定4V。这意味着我们需要电阻在2 V电压下汲取20 mA电流，因此它将是一个100Ω电阻，流经40 mW。那是很小的用电量，但是所提供的一半功率是通过热量浪费的。因此，在这种情况下，最佳案例效率不是50％吗？我会想到，就直流电源而言，这实际上不是很有效。

因此，当人们提到LED的高效率时，他们是在指LED本身将使用的功率有效地转换成光的事实，还是即使考虑了50％的最大壁挂效率也被认为是有效的？

还是仅仅是我举了一个例子，而这个例子恰好是生产应用中永远不会发现的可怕的电路设计？

led efficiency power-dissipation

— 用户名
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我们需要一个下拉电阻吗？不，我们不。我们需要一个串联电阻。高效率意味着输出功率与输入功率之比很高。LED的输出是光。输入是电能。而已。

— 尤金（Eugene Sh）。

他们以白炽灯泡为参考。如果要替换的替代方案的效率是1％，那么即使是5％的效率也确实很重要。

— PlasmaHH

查找Wikipedia文章en.wikipedia.org/wiki/Luminous_efficacy。另外，不用考虑电阻，而是使用恒流电源。没有电阻，而是一个电流反馈环路。

— Winny

与白炽灯泡相比，LED本身是将电能转化为光的更有效的转换器。商用LED“灯泡”不使用简单的电阻器为LED供电，而是使用开关模式电源，这些电源不会将所有“压降”都转化为热量。

— brhans

@supercat：那你晚上很少去外面。那里的一切都是黄色的，因为钠灯的效率与LED差不多。

— PlasmaHH

Answers:

您似乎对LED的效率和驱动LED的电路的效率感到困惑。

就LED使用的每单位能量的光输出而言，它们是产生光的有效方法。从绝对意义上讲，它们并不是很好，在这方面它们的效率约为10％^[1]，但是，它仍然远比传统白炽灯泡的1-2％更好。

但是，那部分功率浪费在了电阻上。串联电阻是驱动LED的最简单方法，但远非唯一的方法。

即使贴在电阻上，如果我们将20个2V LED串联并提供45V电压，该怎么办？现在，您使用的是45 * 0.02 = 900mW，其中800mW进入LED，而串联电阻仅使用100mW（11％）。

但是我们可以使其效率更高，因为电阻器的原因是LED需要恒定电流，并且大多数电子设备都设计为提供恒定电压。从一个转换为另一个的最简单方法（假设负载恒定）是串联一个电阻。

您可以获得恒定电流电源。如果使用其中之一来驱动LED，则可以省去电阻，并且效率可以大大超过进入LED的系统总功率的90％。

对于家庭项目或信号上的简单指示器，电阻器便宜很多，但如果驱动许多LED，则逻辑选择是多付一点钱，使用稍微复杂些的电路并使用专用的常数。当前的LED驱动器IC。

正如评论中指出的那样，对于当前的家庭照明而言，10％是一个不错的选择，也许还可以纠正使用较旧工艺的廉价商品LED。较新的单色零件可以实现更高的效率。

— 安德鲁
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我以某种方式认为现代的无磷（单色）LED的效率约为25％至35％。您可以为该10％的功率效率估算值添加链接吗？不错的答案！

— uhoh

10％的数字是内存中的近似值，而不是硬数字。在此处快速浏览一下en.wikipedia.org/wiki/Luminous_efficacy#Lighting_efficiency将表明，对于家庭照明而言，10％是最终产品的合理数字。这意味着如果您只看LED而不看辅助电子设备，那么单色高效LED可能在大约30％的范围内。我将更新答案。

— 安德鲁（Andrew）

最好的市售白色荧光粉LED的顶部料箱可实现> 50％的能量输入，并以光的形式离开。200流明/瓦以上的输出。

— 罗素·麦克马洪

@RussellMcMahon您是否有资料来源？维基百科将指出100％的效率约为680 lm / W，这意味着200 lm / W约为30％，而不是> 50％。但是，它远远超过理论最大效率的50％。虽然维基百科几乎不是确定的来源，但总比没有好。

— 安德鲁

@Andrew-看看我的答案。基本上-流明等级是人眼响应的加权值。最大683 l / w仅在555 nm处。

— 罗素·麦克马洪

LED的效率是指LED的效率。这与驱动电路的效率与否无关。

在许多情况下，LED的整体电路效率并不是一个大问题。如果仅将LED用作指示灯，则首先是低功耗。典型的绿色LED下降2.1 V，并且足够亮，足以用于20 mA的指示器。LED的功率为42 mW。即使在驱动LED的电路中损失了额外的50 mW，在许多情况下总功耗仍然无关紧要。

在某些低功率应用中，100 mW可能是很大的功率。在这种情况下，除了便宜，简单的串联电阻器之外，电路中还需要多加注意。各种技巧包括使用效率更高的LED并以较低的电流运行，使用仅比LED电压高一点的电源，调整用户界面以使闪烁或以其他方式使LED在部分时间内保持关闭状态，以及高效恒流电源来驱动LED。

效率在照明等高功率应用中也很重要。在这种情况下，电子设备将投入更多精力和生产成本，以最大程度地减少LED外部消耗的额外功率。通常，使效率最大化的主要原因不是浪费功率，而是因为不必处理功率浪费造成的热量。

— 奥林·拉斯罗普（Olin Lathrop）
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而且，与白炽灯和CFL灯泡相比，许多照明应用都具有LED的效率。即使不是特别如此，LED仍然可以说是高效率的，尽管它们比其他LED更高效。我认为情况相当可观（尤其是白炽灯。）

— KRyan

它们并没有比CFL灯泡高效得多。但是，光质量要好得多。IMO过于关注光的生产效率，而很少关注光的质量（光谱，CRI）。光线质量差的后果是导致房主在缺乏质量的情况下选择数量。我搜索了CRI> = 95的LED灯泡，它几乎和卤素白炽灯一样好。这些LED的“效率”比CRI> = 80的LED略低，但是我发现更好的光质量意味着我对更少的照明功率感到满意。

— nigel222 '17

顺便说一句，在CRI方面，高CRI led灯的成本也比cheapo CRI> = 80灯高得多。海事组织他们值得每一分钱。

— nigel222 '17

照明LED的效率是其系统效率，通常以每瓦流明表示。废热是来自驱动器，LED芯片还是位于其前面的CRI校正滤波器都无关紧要。

— nigel222 '17

仅数据点：最佳市场上的白色荧光粉LED的顶部仓可实现> 50％的能量输入而作为光留下。200流明/瓦以上的输出。

— 罗素·麦克马洪

实际LED的效率问题是一个很好的问题，但是答案却比预期的要复杂。照明能力通常以“流明”表示。

LED效率通常表示为

光能输出或
照明能力

每单位能量输入。

对于给定的流明输出，效率通常以每瓦特的流明（l / W）或每瓦特W / W的光能输出表示。第一个数字在实际的照明应用中更有用，但是第二个数字在能量转换效率方面更有意义。

如果流明和光能具有固定的关系，则效率确定将很简单。但是，给定的流明数值表示的“光能”随光的光谱成分而变化。

流明以人眼的理论响应曲线表示。随着光波长或波长混合的变化，相同数量的光能将产生不同数量的流明。结果，光源的一个或多个波长在每个能量输入产生的流明中起重要作用。

在可见光谱的短波长端（不是很强的紫外线），眼睛的灵敏度非常低，因此流明/瓦数很低-如此之多，以至于通常引用深蓝色和“宝蓝色”光源的输出来表示： mW / W（每电能的光能）。这是非常有用的，因为包括无磷和基于磷光体的LED在内的LED系列允许进行一些比较。例如，Cree宝蓝色XT-E LED的“顶部光通量仓”在Vf = 2.85V和If = 350 mA下工作时，在波长处产生613 mW的典型值（最小，典型值/最大为600、613、625 mW） 465 Nm。
等于60.2％/ 61.5％/ 62.7％min / typ / max的电光转换效率。
请参阅Cree XT-E数据表第19页，表右上方-XTEARY-00-0000- 000000Q01

同一LED的顶部白色荧光粉版本在25°C，2.77V，350 mA = 970 mW DC in或186流明/瓦时可产生180流明。

如果来自皇家蓝与白LED的光能相同，那么在100％的效率下，白色LED的100％l / W数字为186 / 61.5％= 302 l / W。但是，光输出并不相同（相当），因为在白光LED中，一部分LED管芯的蓝光被直接使用，其余的则在不影响光/光转换效率的情况下激发磷光体。

如前所述，维基百科（正确）指出最大理论L / W数字为683 L / W。
如何将这种说法与声称100％白光LED效率〜= 300 l / W的说法相吻合，以及各个制造商现在都在制造白光LED效率大于300 l / W的事实呢？

答案在于流明等级与眼睛反应有关的有用但奥秘（或奥秘但有用）的事实。最大的眼睛灵敏度发生在555 nm的波长处。使用555 nm的单色光源，可获得最大的L / W效率。单色或多波长的任何其他光源将具有较低的100％理论可能的L / W值。

“理想的”白光源是一个5800k的黑体辐射器，其光谱被截断到400-700 nm范围，最大效率为251 l / W！

通过进行各种调整以保持“白”光，同时改变各种波长的百分比，可以提高白光效率。2800k黑体不对称地截断以达到95的CRI，其最大理论效率为370 l / W。

但是，等等-还有更多，但也许以后再说。
我将返回并添加源和更多详细信息，但是以上内容表明答案比问题难得多，并且表明以每项能量表示的真实能量计算，顶级现代LED的能量转换效率达到> 50％。

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参考 WIP

https://zh.wikipedia.org/wiki/发光效率

磷光转换白光发光二极管的发光效率分析

https://zh.wikipedia.org/wiki/光发射二极管#Efficiency_and_operational_parameters