发光二极管的选择之关键参数与设计参考

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发光二极管的选择之关键参数与设计参考 [复制链接]

LED技术日益成，LED指示灯可以在绝大部分的设备和电路上可以看到。那在实际选择和设计LED时，有哪些需要注意的呢？LED涵盖的内容很多, 本文主要介绍最基础的LED指示灯选择时需要注意的关键参数与设计实例。不同种类的LED, 可以根据不同的参数选择合适的LED。


1 波长

峰值波长&主波长

    人眼能看到的光和机器能看到的光线不完全一致。所以有两个波长指标来表示：主波长、峰值波长。峰值波长：光谱发光强度或辐射功率最大处所对应的波长。主波长：眼睛能看到光源发出的主要光的颜色所对应的波长为主波长 一般来说这个两个参数差别不大。选择时主要看应用场合。如果是用在光学仪器上的时候，这个时候仪器需要识别波长，选择时应该以峰值波长为准。如果是用在指示的方面，因为接受者是人，更多的应考虑主波长。

图 1 LED主波长&峰值波长参数选择•颜色&波长颜色和波长是一一对应的。如果选料的时候想找与之前颜色一样的LED替代料。
可以直接比较波长这个参数。
如果波长一致，颜色也是一致的。下面是常用颜色对应波长范围。
红（Red）：R（610nm-640nm）
黄（Yellow）：Y（580nm-595nm）
蓝（Blue）：B（455nm-490nm）
绿（Green）：G（501nm-540nm）
紫（Purple）：P（380nm-410nm）

2 发光强度

发光强度（毫烛光candela，单位mcd），是衡量光源发光强弱的量，也就是仪器能接受到的光的亮度。

图2 LED发光强度参数选择
在实际应用中，人眼对不同波长的光的感知程度是不一样的。同样辐射能量的LED，我们会感觉红光比绿光会亮很多。实际设计时，有时需要同时用到不同颜色LED。为了保证所有LED亮度的一致性，可以考虑适当的选择发光强度大一点绿色LED。

3 正向电压Vf & 正向电流If

LED是二极管的一种，一般正向导通的情况下。正向电压Vf可以理解为使LED发光所需要提供的额定电压。 正向工作电流If可以理解为使LED发光所需要提供的额定电流。一般来说，正向工作电流越大，LED亮度越大。


图3  LED正向电压Vf & 正向电流If参数选择  正向电流If越大，温度越高，寿命会受影响。当环境温度较高的时候，为了更长的LED, 建议减小正向电流。许多原厂都会在数据手册中列出温度与额定正向电流的对应曲线。

图4 温度额定正向电流曲线（QTB  QBLP631-AG）

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4 LED封装

封装主要分为两种：贴片和直插：贴片（Surface Mount） 通孔（Through Hole）
  
QTB  QBLP631-YG Cree  C512A-WNN-CZ0B0151
一般来说，贴片所占的体积会更小一点。

贴片封装也可以通过尺寸来选择，这里的长宽主要是指的是贴片封装的尺寸

5  LED 设计实例

下面是一个最简单的LED指示灯设计实例。我们拿（QTB  QBLP631-AG）举一个例子：LED前向电压Vf 2.0V，LED正向电流20mA。
想实现一个亮度可调的LED指示灯。有要一个5V的电压源/电池，要求LED正向电流在10mA到20mA之间变化。
然后串联一个的可调电阻。当电流20mA，此时LED亮度最大，此时电阻=(5V-2V) /20mA=150Ω。当电流10mA时，电阻=(5V-2V) /10mA=300Ω，此时LED亮度减弱到最亮时的一半。

下图为电路图。

图5 可调LED设计实例
       LED调光设计：传统的大功率LED照明可能会采用到三端双向可控硅（TRIAC）。TRIAC调光之前多用于白炽灯和卤素灯调光。
      当传统白炽灯和卤素灯使用LED替换时，TRIAC调光具有一定的兼容性。这种方案经常用在家用照明解决方案之中。
      TRIAC 可以看成是由两个可控硅整流器（Silicon Controlled Rectifier）反向并联。当没有电流时，可控硅整流器会自动关断。当门极（Gate）给一个触发电流，可控硅整流器再次打开。通过电容电阻网络来控制门极的电流便能实现调光。

图6 LED  TRIAC 调光 更多关于Triac LED调光设计，
可以参考以下文献：
•Dimming LEDs with Traditional TRIAC Dimmers
•ICs Answer the Challenge of Dimming LED Lamps in TRIAC-Driven Circuits

LED实际应用过程中，对于一些高质量高可靠性的LED应用，很多会采用脉冲宽度调制（PWM）。
      PWM控制广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。 人眼在频率达到100Hz的时候就已经难以察觉明显的明暗变化了。利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制。微处理器输出一定频率的方波，通过调整高电平和低电平的占空比，即可实现LED灯亮度控制。  
     PWM控制中，电压一般使用数据手册中标明的正向电压。 下图显示了三种不同的脉冲类型。脉冲持续时间Tp，脉冲周期T,占空比D(D=Tp/T)。调整占空比即可调整LED的亮度。如下图第一个脉冲波形使LED中等亮度发光。中间脉冲波形使LED亮度发光较暗。最下面脉冲波形使LED亮度发光较亮。

图7LED  PWM控制

总结
1.选择LED指示灯时，需要考虑关键参数有： 波长：波长与颜色对应发光强度：同样辐射强度的LED，我们会感觉红光比绿光会亮很多。正向电压，正向电流：与驱动设计相关

2.LED指示灯，设计实例：简单的设计方案，串联一个电阻电源既可以实现发光对于传统家用照明可以考虑TRIAC调光。对于一些高质量高可靠性的LED应用，可以采用PWM控制