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備和電路上可以看到。那在實(shí)際選擇和設計LED時(shí)，有哪些需要注意的呢？LED涵蓋的內容很多, 本文主要介紹最基礎的LED指示燈選擇時(shí)需要注意的關(guān)鍵參數與設計實(shí)例。后續的文章中會(huì )介紹特種LED比如說(shuō)紫外線(xiàn)LED等選型設計的相關(guān)內容。
LED指示燈關(guān)鍵參數
Digikey 官網(wǎng)上有多種不同種類(lèi)的LED, 可以根據不同的參數選擇合適的LED。
圖1，Digikey LED指示燈參數選擇界面
■參數一：波長(cháng)
峰值波長(cháng)&主波長(cháng)。人眼能看到的光和機器能看到的光線(xiàn)不完全一致。所以有兩個(gè)波長(cháng)指標來(lái)表示：主波長(cháng)、峰值波長(cháng)。
- 峰值波長(cháng)：光譜發(fā)光強度或輻射功率最大處所對應的波長(cháng)。
- 主波長(cháng)：眼睛能看到光源發(fā)出的主要光的顏色所對應的波長(cháng)為主波長(cháng)
一般來(lái)說(shuō)這個(gè)兩個(gè)參數差別不大。選擇時(shí)主要看應用場(chǎng)合。如果是用在光學(xué)儀器上的時(shí)候，這個(gè)時(shí)候儀器需要識別波長(cháng)，選擇時(shí)應該以峰值波長(cháng)為準。如果是用在指示的方面，因為接受者是人，更多的應考慮主波長(cháng)。
圖2，Digikey LED主波長(cháng)和峰值波長(cháng)參數選擇
顏色和波長(cháng)。顏色和波長(cháng)是一一對應的。如果選料的時(shí)候想找與之前顏色一樣的LED替代料�？梢灾苯颖容^波長(cháng)這個(gè)參數。如果波長(cháng)一致，顏色也是一致的。下面是常用顏色對應波長(cháng)范圍。
紅（Red）：R（610nm-640nm）
黃（Yellow）：Y（580nm-595nm）
藍（Blue）：B（455nm-490nm）
綠（Green）：G（501nm-540nm）
紫（Purple）：P（380nm-410nm）
■參數二：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)光強度參數選擇
在實(shí)際應用中，人眼對不同波長(cháng)的光的感知程度是不一樣的。同樣輻射能量的LED，我們會(huì )感覺(jué)紅光比綠光會(huì )亮很多。實(shí)際設計時(shí)，有時(shí)需要同時(shí)用到不同顏色LED。為了保證所有LED亮度的一致性，可以考慮適當的選擇發(fā)光強度大一點(diǎn)綠色LED。
■參數三：正向電壓Vf & 正向電流If：
LED是二極管的一種，一般正向導通的情況下，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(lái)說(shuō)，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參數選擇
正向電流If越大，溫度越高，壽命會(huì )受影響。當環(huán)境溫度較高的時(shí)候，為了更長(cháng)的LED, 建議減小正向電流。許多原廠(chǎng)都會(huì )在數據手冊中列出溫度與額定正向電流的對應曲線(xiàn)。
圖5，溫度額定正向電流曲線(xiàn)（QTB QBLP631-AG）
■參數四：LED封裝
封裝主要分為兩種：貼片和直插。
表1，LED封裝類(lèi)型
一般來(lái)說(shuō)，貼片所占的體積會(huì )更小一點(diǎn)。以下是貼片封裝的相關(guān)參數。
也可以通過(guò)尺寸來(lái)選擇，下圖中的長(cháng)、寬主要是指的是貼片封裝的尺寸。
LED設計實(shí)例
下面是一個(gè)最簡(jiǎn)單的LED指示燈設計實(shí)例。我們拿（QTB QBLP631-AG）舉一個(gè)例子：LED前向電壓Vf 2.0V，LED正向電流20mA。想實(shí)現一個(gè)亮度可調的LED指示燈。有要一個(gè)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(gè)的可調電阻。當電流20mA，此時(shí)LED亮度最大，此時(shí)電阻=(5V-2V) /20mA=150Ω。當電流10mA時(shí)，電阻=(5V-2V) /10mA=300Ω，此時(shí)LED亮度減弱到最亮時(shí)的一半。下圖為電路圖。
圖6，可調LED設計實(shí)例
■LED調光設計
傳統的大功率LED照明可能會(huì )采用到三端雙向可控硅（TRIAC）。TRIAC調光之前多用于白熾燈和鹵素燈調光。當傳統白熾燈和鹵素燈使用LED替換時(shí)，TRIAC調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(gè)可控硅整流器（Silicon Controlled Rectifier）反向并聯(lián)。當沒(méi)有電流時(shí)，可控硅整流器會(huì )自動(dòng)關(guān)斷。當門(mén)極（Gate）給一個(gè)觸發(fā)電流，可控硅整流器再次打開(kāi)。通過(guò)電容電阻網(wǎng)絡(luò )來(lái)控制門(mén)極的電流便能實(shí)現調光。
圖7，LED TRIAC調光
LED實(shí)際應用過(guò)程中，對于一些高質(zhì)量高可靠性的LED應用，很多會(huì )采用脈沖寬度調制（PWM）。PWM控制廣泛應用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。
人眼在頻率達到100Hz的時(shí)候就已經(jīng)難以察覺(jué)明顯的明暗變化了。利用微處理器的數字輸出來(lái)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(guò)調整高電平和低電平的占空比，即可實(shí)現LED燈亮度控制。PWM控制中，電壓一般使用數據手冊中標明的正向電壓。
下圖顯示了三種不同的脈沖類(lèi)型。脈沖持續時(shí)間Tp，脈沖周期T,占空比D(D=Tp/T)。調整占空比即可調整LED的亮度。如下圖第一個(gè)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
在做LED指示燈的選型設計時(shí)，壽險要正確選擇LED指示燈時(shí)，需要考慮關(guān)鍵參數有：
- 波長(cháng)：波長(cháng)與顏色對應
- 發(fā)光強度：同樣輻射強度的LED，我們會(huì )感覺(jué)紅光比綠光會(huì )亮很多。
- 正向電壓，正向電流：與驅動(dòng)設計相關(guān)
在LED指示燈系統設計階段，主要的設計考量包括：
- 簡(jiǎn)單的設計方案，串聯(lián)一個(gè)電阻電源既可以實(shí)現發(fā)光
- 對于傳統家用照明可以考慮TRIAC調光。
- 對于一些高質(zhì)量高可靠性的LED應用，可以采用PWM控制
