【技术应用】LED照明设计基础全攻略

近年来，LED照明逐渐地得到了社会各界的推广和应用。LED家庭能够消费的LED灯都是由各大照明制造商销售的灯泡型LED灯，很多公司也都陆续研发出了荧光灯型的LED灯，LED灯与白炽灯、荧光灯等传统光源有着不同的特性。要做好LED灯，仅仅依靠LED封装并不能制作出良好的照明灯具。为了设计出更好的LED照明灯具，必须对LED进行区别于传统光源的正确的电路设计。

　　本文就围绕LED照明灯具的设计进行介绍，具体包括是从LED发光原理及主要参数、驱动电路、散热分析等方面进行讲解。

　　一．LED发光原理及主要参数

　　1．LED发光原理

　　LED是电子二极管的一种，主要构造是PN结。如图1，当向LED的两端施加电压，电子就会吸收能量并向价电子带转移，然后再将吸收的能量释放出来。这个被释放出的能量就是光。放出的光的波长和颜色是由半导体的电势差决定的。

图1 LED运作原理

　　LED具有一般硅二极管的类似特性，在正负极之间施加电压。当外加电压达到一个临界值，LED中产生电流，开始发光。当电压超过这个临界值时，电流急剧增加。白色LED的临界电压值约3.5V。红色、绿色、蓝色的LED临界电压值如表1所示。

表1 LED灯概括图

　　我们用电路仿真来说明LED的电子特性以及驱动电路。电路仿真是对LED和电阻等的电子设计进行建模并在计算机上模拟计算电路运行的一种简易方法。这里使用的是Cadence公司的电路仿真PSpiceA/D。同时使用了飞利浦照明公司的LUXEON系列LX3-PW71。

　　首先运用图2的电路来验证LED的电子特性。要得到电压－电流特性，需要进行直流解析。

图2 验证电压－电流特性电路

　　解析结果如图3所示

图3 根据PSpiceA/D所得到的解析结果：电压－电流特性　　验证LXM3-PM71电压－电流特性的结果显示：在3.0V情况下电流约354mA。

　　2．LED的主要参数与特性

　　一般而言，用于照明的LED大多是白色。LED照明很大程度上依赖蓝光LED芯片的发明和发光效率的提高。

　　实现白光LED主要有两种方式。一种是使用LED芯片和荧光粉，另外一种是使用RGB3色LED芯片。目前主要是采取第一种方式。

　　使用荧光粉一般都是在蓝色LED芯片上涂覆黄色荧光粉。从LED芯片中发出的蓝色光遇到荧光粉时，部分光转换为黄色光。这部分转换的黄色光和蓝色光参杂在一起，就变成了白色光。通过调整荧光粉的量可以控制白光LED的色温，因此发光颜色在制作时就已经决定，后期不能调整。

　　同时，混合蓝色光和黄色光的话，由于红色和绿色的成分不足，造成显色性不佳。这样，可以通过在蓝色LED芯片中参杂红色和绿色荧光粉或者是在紫外LED芯片中参杂RGB荧光粉，来提高其显色性。

　　使用RGB3色LED芯片的优势在于RGB可以调整各种色度，所以不仅能够产生白光，还能产生其他各种颜色的光。但是，LED芯片使用量增大，成本也就会上升。

　　LED的三大特性：