【技術應用】LED照明設計基礎全攻略

近年來，LED照明逐漸地得到了社會各界的推廣和應用。LED家庭能夠消費的LED燈都是由各大照明制造商銷售的燈泡型LED燈，很多公司也都陸續研發出了熒光燈型的LED燈，LED燈與白熾燈、熒光燈等傳統光源有著不同的特性。要做好LED燈，僅僅依靠LED封裝并不能制作出良好的照明燈具。為了設計出更好的LED照明燈具，必須對LED進行區別于傳統光源的正確的電路設計。

　　本文就圍繞LED照明燈具的設計進行介紹，具體包括是從LED發光原理及主要參數、驅動電路、散熱分析等方面進行講解。

　　一．LED發光原理及主要參數

　　1．LED發光原理

　　LED是電子二極管的一種，主要構造是PN結。如圖1，當向LED的兩端施加電壓，電子就會吸收能量并向價電子帶轉移，然后再將吸收的能量釋放出來。這個被釋放出的能量就是光。放出的光的波長和顏色是由半導體的電勢差決定的。

圖1 LED運作原理

　　LED具有一般硅二極管的類似特性，在正負極之間施加電壓。當外加電壓達到一個臨界值，LED中產生電流，開始發光。當電壓超過這個臨界值時，電流急劇增加。白色LED的臨界電壓值約3.5V。紅色、綠色、藍色的LED臨界電壓值如表1所示。

表1 LED燈概括圖

　　我們用電路仿真來說明LED的電子特性以及驅動電路。電路仿真是對LED和電阻等的電子設計進行建模并在計算機上模擬計算電路運行的一種簡易方法。這里使用的是Cadence公司的電路仿真PSpiceA/D。同時使用了飛利浦照明公司的LUXEON系列LX3-PW71。

　　首先運用圖2的電路來驗證LED的電子特性。要得到電壓－電流特性，需要進行直流解析。

圖2 驗證電壓－電流特性電路

　　解析結果如圖3所示

圖3 根據PSpiceA/D所得到的解析結果：電壓－電流特性　　驗證LXM3-PM71電壓－電流特性的結果顯示：在3.0V情況下電流約354mA。

　　2．LED的主要參數與特性

　　一般而言，用于照明的LED大多是白色。LED照明很大程度上依賴藍光LED芯片的發明和發光效率的提高。

　　實現白光LED主要有兩種方式。一種是使用LED芯片和熒光粉，另外一種是使用RGB3色LED芯片。目前主要是采取第一種方式。

　　使用熒光粉一般都是在藍色LED芯片上涂覆黃色熒光粉。從LED芯片中發出的藍色光遇到熒光粉時，部分光轉換為黃色光。這部分轉換的黃色光和藍色光參雜在一起，就變成了白色光。通過調整熒光粉的量可以控制白光LED的色溫，因此發光顏色在制作時就已經決定，后期不能調整。

　　同時，混合藍色光和黃色光的話，由于紅色和綠色的成分不足，造成顯色性不佳。這樣，可以通過在藍色LED芯片中參雜紅色和綠色熒光粉或者是在紫外LED芯片中參雜RGB熒光粉，來提高其顯色性。

　　使用RGB3色LED芯片的優勢在于RGB可以調整各種色度，所以不僅能夠產生白光，還能產生其他各種顏色的光。但是，LED芯片使用量增大，成本也就會上升。

　　LED的三大特性：