作者：Alan Yang
LED技術(shù)日益成熟。LED指示燈可以在絕大部分的設(shè)備和電路上可以看到。那在實際選擇和設(shè)計LED時，有哪些需要注意的呢？LED涵蓋的內(nèi)容很多, 本文主要介紹最基礎(chǔ)的LED指示燈選擇時需要注意的關(guān)鍵參數(shù)與設(shè)計實例。后續(xù)的文章中會介紹特種LED比如說紫外線LED等選型設(shè)計的相關(guān)內(nèi)容。
LED指示燈關(guān)鍵參數(shù)
Digikey 官網(wǎng)上有多種不同種類的LED, 可以根據(jù)不同的參數(shù)選擇合適的LED。
圖1，Digikey LED指示燈參數(shù)選擇界面
■參數(shù)一：波長
峰值波長&主波長。人眼能看到的光和機(jī)器能看到的光線不完全一致。所以有兩個波長指標(biāo)來表示：主波長、峰值波長。
- 峰值波長：光譜發(fā)光強度或輻射功率最大處所對應(yīng)的波長。
- 主波長：眼睛能看到光源發(fā)出的主要光的顏色所對應(yīng)的波長為主波長
一般來說這個兩個參數(shù)差別不大。選擇時主要看應(yīng)用場合。如果是用在光學(xué)儀器上的時候，這個時候儀器需要識別波長，選擇時應(yīng)該以峰值波長為準(zhǔn)。如果是用在指示的方面，因為接受者是人，更多的應(yīng)考慮主波長。
圖2，Digikey LED主波長和峰值波長參數(shù)選擇
顏色和波長。顏色和波長是一一對應(yīng)的。如果選料的時候想找與之前顏色一樣的LED替代料�？梢灾苯颖容^波長這個參數(shù)。如果波長一致，顏色也是一致的。下面是常用顏色對應(yīng)波長范圍。
紅（Red）：R（610nm-640nm）
黃（Yellow）：Y（580nm-595nm）
藍(lán)（Blue）：B（455nm-490nm）
綠（Green）：G（501nm-540nm）
紫（Purple）：P（380nm-410nm）
■參數(shù)二：發(fā)光強度
發(fā)光強度（毫燭光candela，單位mcd），是衡量光源發(fā)光強弱的量，也就是儀器能接受到的光的亮度。
圖3，Digikey LED發(fā)光強度參數(shù)選擇
在實際應(yīng)用中，人眼對不同波長的光的感知程度是不一樣的。同樣輻射能量的LED，我們會感覺紅光比綠光會亮很多。實際設(shè)計時，有時需要同時用到不同顏色LED。為了保證所有LED亮度的一致性，可以考慮適當(dāng)?shù)倪x擇發(fā)光強度大一點綠色LED。
■參數(shù)三：正向電壓Vf & 正向電流If：
LED是二極管的一種，一般正向?qū)ǖ那闆r下，正向電壓Vf可以理解為使LED發(fā)光所需要提供的額定電壓。正向工作電流If可以理解為使LED發(fā)光所需要提供的額定電流。一般來說，正向工作電流越大，LED亮度越大。
圖4，Digikey LED正向電壓Vf & 正向電流If參數(shù)選擇
正向電流If越大，溫度越高，壽命會受影響。當(dāng)環(huán)境溫度較高的時候，為了更長的LED, 建議減小正向電流。許多原廠都會在數(shù)據(jù)手冊中列出溫度與額定正向電流的對應(yīng)曲線。
圖5，溫度額定正向電流曲線（QTB QBLP631-AG）
■參數(shù)四：LED封裝
封裝主要分為兩種：貼片和直插。
表1，LED封裝類型
一般來說，貼片所占的體積會更小一點。以下是貼片封裝的相關(guān)參數(shù)。
也可以通過尺寸來選擇，下圖中的長、寬主要是指的是貼片封裝的尺寸。
LED設(shè)計實例
下面是一個最簡單的LED指示燈設(shè)計實例。我們拿（QTB QBLP631-AG）舉一個例子：LED前向電壓Vf 2.0V，LED正向電流20mA。想實現(xiàn)一個亮度可調(diào)的LED指示燈。有要一個5V的電壓源/電池，要求LED正向電流在10mA到20mA之間變化。
然后串聯(lián)一個的可調(diào)電阻。當(dāng)電流20mA，此時LED亮度最大，此時電阻=(5V-2V) /20mA=150Ω。當(dāng)電流10mA時，電阻=(5V-2V) /10mA=300Ω，此時LED亮度減弱到最亮?xí)r的一半。下圖為電路圖。
圖6，可調(diào)LED設(shè)計實例
■LED調(diào)光設(shè)計
傳統(tǒng)的大功率LED照明可能會采用到三端雙向可控硅（TRIAC）。TRIAC調(diào)光之前多用于白熾燈和鹵素?zé)粽{(diào)光。當(dāng)傳統(tǒng)白熾燈和鹵素?zé)羰褂肔ED替換時，TRIAC調(diào)光具有一定的兼容性。這種方案經(jīng)常用在家用照明解決方案之中。
TRIAC可以看成是由兩個可控硅整流器（Silicon Controlled Rectifier）反向并聯(lián)。當(dāng)沒有電流時，可控硅整流器會自動關(guān)斷。當(dāng)門極（Gate）給一個觸發(fā)電流，可控硅整流器再次打開。通過電容電阻網(wǎng)絡(luò)來控制門極的電流便能實現(xiàn)調(diào)光。
圖7，LED TRIAC調(diào)光
LED實際應(yīng)用過程中，對于一些高質(zhì)量高可靠性的LED應(yīng)用，很多會采用脈沖寬度調(diào)制（PWM）。PWM控制廣泛應(yīng)用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。
人眼在頻率達(dá)到100Hz的時候就已經(jīng)難以察覺明顯的明暗變化了。利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進(jìn)行控制。微處理器輸出一定頻率的方波，通過調(diào)整高電平和低電平的占空比，即可實現(xiàn)LED燈亮度控制。PWM控制中，電壓一般使用數(shù)據(jù)手冊中標(biāo)明的正向電壓。
下圖顯示了三種不同的脈沖類型。脈沖持續(xù)時間Tp，脈沖周期T,占空比D(D=Tp/T)。調(diào)整占空比即可調(diào)整LED的亮度。如下圖第一個脈沖波形使LED中等亮度發(fā)光。中間脈沖波形使LED亮度發(fā)光較暗。最下面脈沖波形使LED亮度發(fā)光較亮。
圖8，LED PWM控制
經(jīng)驗總結(jié)
在做LED指示燈的選型設(shè)計時，壽險要正確選擇LED指示燈時，需要考慮關(guān)鍵參數(shù)有：
- 波長：波長與顏色對應(yīng)
- 發(fā)光強度：同樣輻射強度的LED，我們會感覺紅光比綠光會亮很多。
- 正向電壓，正向電流：與驅(qū)動設(shè)計相關(guān)
在LED指示燈系統(tǒng)設(shè)計階段，主要的設(shè)計考量包括：
- 簡單的設(shè)計方案，串聯(lián)一個電阻電源既可以實現(xiàn)發(fā)光
- 對于傳統(tǒng)家用照明可以考慮TRIAC調(diào)光。
- 對于一些高質(zhì)量高可靠性的LED應(yīng)用，可以采用PWM控制
