【技術(shù)應(yīng)用】LED照明設(shè)計(jì)基礎(chǔ)全攻略

近年來(lái)，LED照明逐漸地得到了社會(huì)各界的推廣和應(yīng)用。LED家庭能夠消費(fèi)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(xù)研發(fā)出了熒光燈型的LED燈，LED燈與白熾燈、熒光燈等傳統(tǒng)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(shè)計(jì)出更好的LED照明燈具，必須對(duì)LED進(jìn)行區(qū)別于傳統(tǒng)光源的正確的電路設(shè)計(jì)。

　　本文就圍繞LED照明燈具的設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹，具體包括是從LED發(fā)光原理及主要參數(shù)、驅(qū)動(dòng)電路、散熱分析等方面進(jìn)行講解。

　　一．LED發(fā)光原理及主要參數(shù)

　　1．LED發(fā)光原理

　　LED是電子二極管的一種，主要構(gòu)造是PN結(jié)。如圖1，當(dāng)向LED的兩端施加電壓，電子就會(huì)吸收能量并向價(jià)電子帶轉(zhuǎn)移，然后再將吸收的能量釋放出來(lái)。這個(gè)被釋放出的能量就是光。放出的光的波長(zhǎng)和顏色是由半導(dǎo)體的電勢(shì)差決定的。

圖1 LED運(yùn)作原理

　　LED具有一般硅二極管的類似特性，在正負(fù)極之間施加電壓。當(dāng)外加電壓達(dá)到一個(gè)臨界值，LED中產(chǎn)生電流，開始發(fā)光。當(dāng)電壓超過這個(gè)臨界值時(shí)，電流急劇增加。白色LED的臨界電壓值約3.5V。紅色、綠色、藍(lán)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(lái)說(shuō)明LED的電子特性以及驅(qū)動(dòng)電路。電路仿真是對(duì)LED和電阻等的電子設(shè)計(jì)進(jìn)行建模并在計(jì)算機(jī)上模擬計(jì)算電路運(yùn)行的一種簡(jiǎn)易方法。這里使用的是Cadence公司的電路仿真PSpiceA/D。同時(shí)使用了飛利浦照明公司的LUXEON系列LX3-PW71。

　　首先運(yùn)用圖2的電路來(lái)驗(yàn)證LED的電子特性。要得到電壓－電流特性，需要進(jìn)行直流解析。

圖2 驗(yàn)證電壓－電流特性電路

　　解析結(jié)果如圖3所示

圖3 根據(jù)PSpiceA/D所得到的解析結(jié)果：電壓－電流特性　　驗(yàn)證LXM3-PM71電壓－電流特性的結(jié)果顯示：在3.0V情況下電流約354mA。

　　2．LED的主要參數(shù)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(lán)光LED芯片的發(fā)明和發(fā)光效率的提高。

　　實(shí)現(xiàn)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(lán)色LED芯片上涂覆黃色熒光粉。從LED芯片中發(fā)出的藍(lán)色光遇到熒光粉時(shí)，部分光轉(zhuǎn)換為黃色光。這部分轉(zhuǎn)換的黃色光和藍(lán)色光參雜在一起，就變成了白色光。通過調(diào)整熒光粉的量可以控制白光LED的色溫，因此發(fā)光顏色在制作時(shí)就已經(jīng)決定，后期不能調(diào)整。

　　同時(shí)，混合藍(lán)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(lán)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(lái)提高其顯色性。

　　使用RGB3色LED芯片的優(yōu)勢(shì)在于RGB可以調(diào)整各種色度，所以不僅能夠產(chǎn)生白光，還能產(chǎn)生其他各種顏色的光。但是，LED芯片使用量增大，成本也就會(huì)上升。

　　LED的三大特性：