【技術應用】LED照明設計基礎全攻略

　　雖然LED發熱很少，但是由于LED照明中，需要使用多顆數瓦級的LED，所以就會產生很高的熱量。雖然LED效率比較高，但是高效率僅支持在微小電流中的運行。大電流、高溫狀態下，效率較低。

　　另外，熒光粉型的LED，在轉換波長的時候會損失能量，從而產生熱量。持續高溫就會導致LED芯片、熒光粉、封裝樹脂壽命降低。因此，為了使LED的“高效率”、“長壽命”的優勢保持下去，就必須控制LED的結溫。

　?。?）電的特性

　　LED電源與白熾燈、熒光燈有很大的區別。白熾燈可以直接連接到220V的交流電上。熒光燈雖然有鎮流器和轉換開關，但也使用220V的交流電。而LED的電源則需要直流的恒定電流，所以需要將220V的交流轉換為直流。電源的效率不高將直接影響到整個照明燈具的效率，因此提高電源效率對于提高LED照明效率來說顯得尤為重要。

　　調節LED光的方法主要有兩種。一種是改變恒定電流，一種是改變脈沖調制。LED是電子與空穴再結合時發光，光束依賴于電流。電流小的情況下，光束和電流基本是成正比的，但當LED電流增大，熱量隨之增大，導致發光效率變低，光束和電流就不成正比了。

　　在改變脈沖占空比的方法中，由于Talbot-Plateau效應（反復接受瞬間閃光后，人眼會感受到反復時間內的平均亮度），可以根據脈沖占空比改變亮度。

　?。?）光特性

　　與白熾燈和熒光燈相比，1顆LED發出的光比較少，所以需要使用多顆LED。同時，由于LED的發光面積小，亮度高，人眼直視的話很容易眩暈。為了降低亮度，需要使用擴散板。但是，使用擴散板的話，光向各個方向發散，降低了光的效率。

　　LED、白熾燈、熒光燈的配光分布各不相同。所謂配光分布是指光源的方向以及各方向的發光強度。即使是相同光束的光源，如果配光分布不同，照度分布也會不同。有時也會出現本來想要照射的地方照度減小，其余部分反而照度增加的情況。

　　要減少光的浪費，控制配光分布，需要使用透鏡和反光鏡。LED本身就具有發光面積小、光的放射范圍在半球內、配光分布旋轉對稱等優點，再加上透鏡和反光鏡，就能構成一個好的光源?！　∑渌诠庠磳傩灾?，還有光譜。LED的發光光譜集中在特定波長的一個很窄的范圍，不放射紅外線。因此，在不想使照射物變熱的時候，使用LED較好。但是，LED自身會發熱，所以需要注意防止其導熱。另外還需要注意，熒光粉類型的LED，溫度變化，色溫也會隨之變化。

　　二、LED照明驅動電路基本設計

　　LED的排列方式及LED光源的規范決定著基本的驅動器要求。LED驅動器的主要功能就是在一定的工作條件范圍下限制流過LED的電流，而無論輸入及輸出電壓如何變化。LED驅動器基本的工作電路示意圖如圖4所示，其中所謂的“隔離”表示交流線路電壓與LED（即輸入與輸出）之間沒有物理上的電氣連接，最常用的是采用變壓器來電氣隔離，而“非隔離”則沒有采用高頻變壓器來電氣隔離。

　　值得一提的是，在LED照明設計中，AC-DC電源轉換與恒流驅動這兩部分電路可以采用不同配置：

　　（1）整體式（integral）配置，即兩者融合在一起，均位于照明燈具內，這種配置的優勢包括優化能效及簡化安裝等；

　　（2）分布式（distributed）配置，即兩者單獨存在，這種配置簡化安全考慮，并增加靈活性。

圖4 LED驅動器的基本工作電路示意圖

　　LED驅動器分類及設計

　　如今在市場上典型的LED驅動器包括兩類，即線性驅動器和開關驅動器；大概的適用范圍見圖5.如電流大于500mA的大電流應用采用開關穩壓器，因為線性驅動器限于自身結構原因，無法提供這樣大的電流；而在電流低于200mA的低電流應用中，通常采用線性穩壓器或分離穩壓器；而在200至500mA的中等電流應用中，既可以采用線性穩壓器，也可以采用開關穩壓器。

　　開關穩壓器的能效高，且提供極佳的亮度控制。線性穩壓器結構比較簡單，易于設計，提供穩流及過流保護，且沒有電磁兼容性（EMC）問題。

圖5 LED驅動器分類

　　在低電流LED應用中，