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(shí)際選擇和設(shè)計(jì)LED時(shí)，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(shí)需要注意的關(guān)鍵參數(shù)與設(shè)計(jì)實(shí)例。后續(xù)的文章中會(huì)介紹特種LED比如說(shuō)紫外線LED等選型設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容。

LED指示燈關(guān)鍵參數(shù)

Digi-key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。

http://www.digikey.com.cn/search/zh/光電元件/LED-指示-分立/4072

圖1 Digi-key LED指示燈參數(shù)選擇界面

參數(shù)1波長(zhǎng)

峰值波長(zhǎng)&主波長(zhǎng)。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(gè)波長(zhǎng)指標(biāo)來(lái)表示：主波長(zhǎng)、峰值波長(zhǎng)。

峰值波長(zhǎng)：光譜發(fā)光強(qiáng)度或輻射功率最大處所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)。

主波長(zhǎng)：眼睛能看到光源發(fā)出的主要光的顏色所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)為主波長(zhǎng)

一般來(lái)說(shuō)這個(gè)兩個(gè)參數(shù)差別不大。選擇時(shí)主要看應(yīng)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(shí)別波長(zhǎng)，選擇時(shí)應(yīng)該以峰值波長(zhǎng)為準(zhǔn)。如果是用在指示的方面，因?yàn)榻邮苷呤侨耍嗟膽?yīng)考慮主波長(zhǎng)。

圖2 Digi-key LED主波長(zhǎng)和峰值波長(zhǎng)參數(shù)選擇

顏色和波長(zhǎng)。顏色和波長(zhǎng)是一一對(duì)應(yīng)的。如果選料的時(shí)候想找與之前顏色一樣的LED替代料。可以直接比較波長(zhǎng)這個(gè)參數(shù)。如果波長(zhǎng)一致，顏色也是一致的。下面是常用顏色對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)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)2發(fā)光強(qiáng)度

發(fā)光強(qiáng)度（毫燭光candela，單位mcd），是衡量光源發(fā)光強(qiáng)弱的量，也就是儀器能接受到的光的亮度。

圖3 Digi-key LED發(fā)光強(qiáng)度參數(shù)選擇

在實(shí)際應(yīng)用中，人眼對(duì)不同波長(zhǎng)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(shè)計(jì)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(dāng)?shù)倪x擇發(fā)光強(qiáng)度大一點(diǎn)綠色LED。

參數(shù)3正向電壓&正向電流

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(lái)說(shuō)，正向工作電流越大，LED亮度越大。

圖4 Digi-key LED正向電壓&正向電流參數(shù)選擇

正向電流If越大，溫度越高，壽命會(huì)受影響。當(dāng)環(huán)境溫度較高的時(shí)候，為了更長(zhǎng)的LED, 建議減小正向電流。許多原廠都會(huì)在數(shù)據(jù)手冊(cè)中列出溫度與額定正向電流的對(duì)應(yīng)曲線。

圖5 溫度額定正向電流曲線（QTB QBLP631-AG）

參數(shù)4LED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(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(shù)。

也可以通過(guò)尺寸來(lái)選擇，下圖中的長(zhǎng)、寬主要是指的是貼片封裝的尺寸。

LED設(shè)計(jì)實(shí)例

下面是一個(gè)最簡(jiǎn)單的LED指示燈設(shè)計(jì)實(shí)例。我們拿（QTB QBLP631-AG）舉一個(gè)例子：LED前向電壓2.0V，LED正向電流20mA。想實(shí)現(xiàn)一個(gè)亮度可調(diào)的LED指示燈。已知一個(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(diào)電阻。當(dāng)電流20mA，此時(shí)LED亮度最大，此時(shí)電阻=(5V-2V)/20mA=150Ω。當(dāng)電流10mA時(shí)，電阻=(5V-2V)/10mA=300Ω，此時(shí)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(jì)實(shí)例

LED調(diào)光設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的大功率LED照明可能會(huì)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(shí)，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(gè)可控硅整流器（Silicon Controlled Rectifier）反向并聯(lián)。當(dāng)沒(méi)有電流時(shí)，可控硅整流器會(huì)自動(dòng)關(guān)斷。當(dāng)門極（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)控制門極的電流便能實(shí)現(xiàn)調(diào)光。

圖7 LED TRIAC調(diào)光

LED實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，對(duì)于一些高質(zhì)量高可靠性的LED應(yīng)用，很多會(huì)采用脈沖寬度調(diào)制（PWM）。PWM控制廣泛應(yīng)用在從測(cè)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(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(shù)字輸出來(lái)對(duì)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(diào)整高電平和低電平的占空比，即可實(shí)現(xiàn)LED燈亮度控制。PWM控制中，電壓一般使用數(shù)據(jù)手冊(cè)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(shí)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(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(yàn)總結(jié)

在做LED指示燈的選型設(shè)計(jì)時(shí)，壽險(xiǎn)要正確選擇LED指示燈時(shí)，需要考慮關(guān)鍵參數(shù)有：

波長(zhǎng)：波長(zhǎng)與顏色對(duì)應(yīng)。

發(fā)光強(qiáng)度：同樣輻射強(qiáng)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(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)相關(guān)。

在LED指示燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，主要的設(shè)計(jì)考量包括：

簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)方案，串聯(lián)一個(gè)電阻電源既可以實(shí)現(xiàn)發(fā)光。

對(duì)于傳統(tǒng)家用照明可以考慮TRIAC調(diào)光。

對(duì)于一些高質(zhì)量高可靠性的LED應(yīng)用，可以采用PWM控制。