現(xiàn)在的LED市場可說是非常火熱。隨著能源成本增加，以及對于氣候變遷的關(guān)注，各國政府和工業(yè)界開始推動高效率的照明解決方案。由于LED具有高效率及使用壽命長等特性，因此是極佳的解決方案。同時，LED技術(shù)正在經(jīng)歷一段快速變化和創(chuàng)新的過程，將持續(xù)推出更明亮且更有效率的產(chǎn)品，但這將使得大多數(shù)的工程師難以跟上最新產(chǎn)品的步伐。幸好，協(xié)助選擇LED組件以及產(chǎn)品規(guī)劃設(shè)計的工具程序已經(jīng)非常完善，這將使得工程師們在選擇適當(dāng)?shù)腖ED及LED驅(qū)動器更為容易。即使擁有了功能強大的設(shè)計工具，但是工程師們?nèi)匀恍枰私鈺绊慙ED選擇的參數(shù)有哪些，才能真正發(fā)揮工具的最大效能。

 
　　如何選擇LED

        第一個步驟是選擇LED的顏色。各種不同顏色的LED主要是因為不同的主波長以及紫外線到紅外線區(qū)間內(nèi)可提供的波長。白光LED是針對其色溫與暖白光LED所設(shè)定，通常色溫為 2800K 到 3500K 范圍內(nèi)，適合用于室內(nèi)照明。與白光LED相比較，傳統(tǒng)的普通鎢絲燈泡色溫范圍約為 3000K。冷白光LED的色溫范圍則介于 6300K 到 7500K 的區(qū)域，而白光LED則是屬于從 3600K 到 6200K 的中間范圍。
 
　　LED亮度應(yīng)為多亮？

        光通量（以流明為單位）一般用于量測LED的亮度。這是在人類雙眼所能識別之光譜內(nèi)所發(fā)出的光量總數(shù)。表1顯示一些典型光源的光通量值。

        個別高亮度LED光通量值通常小于100 流明（雖然這個值正迅速攀升）。因此在大多數(shù)的應(yīng)用中都會將LED組合成數(shù)組的形式，以達(dá)到更高的亮度。對于多個LED照明大多采用并聯(lián)串?dāng)?shù)組組合，并利用單一電流控制驅(qū)動器來驅(qū)動。但并聯(lián)的方式可能會因為LED的順向電壓和流經(jīng)每個燈串內(nèi)的電流不同，導(dǎo)致燈串產(chǎn)生不同的亮度。因此，最好使用串聯(lián)的LED，使亮度和色彩能夠保持一致。然而，串聯(lián)電壓會隨著使用較多的LED而提高，如此將影響到可使用的驅(qū)動器拓樸、降壓與升壓。
 
        由于LED發(fā)光具有方向性的特質(zhì)，因此在不同的角度觀看時會呈現(xiàn)不同的亮度，在某個視角的條件下，我們所觀察到的亮度可能會降低至50%。在定向應(yīng)用中，實際感受到的亮度會高于采用球形發(fā)光方式的點光源。換句話說，如果某些應(yīng)用需要采用球形發(fā)光方式，則必須針對應(yīng)用來設(shè)計相對應(yīng)的數(shù)組，可以使用光學(xué)來擴散或聚焦光線。
 
        照明組件的效率測量基準(zhǔn)為發(fā)光效率，其單位為流明∕瓦。由于LED研發(fā)及設(shè)計的數(shù)量激增，使得具有 75 流明∕瓦發(fā)光效率值的組件快速增加，而市場上最近也開始出現(xiàn)具有 115 流明∕瓦的LED。用相同的標(biāo)準(zhǔn)來比較不同的光源的發(fā)光效率，鎢絲燈泡大約 17 流明∕瓦、省電燈泡大約為 60 流明∕瓦，以及低壓鈉路燈的 100 到 200 流明∕瓦。

　　電壓和電流

        LED的順向電壓是LED制程的一個特點，一般而言，黃光∕橙光∕紅光 LED的順向電壓值范圍在 2-3V，而藍(lán)光∕綠光∕白光 LED的順向電壓值范圍在 3-4V。流過LED的電流控制了LED亮度，同時也會影響呈現(xiàn)的色彩，因此LED會在穩(wěn)定電流模式下運作。高亮度LED通常會采用0.35A、0.7A、1.0A、1.4A 以上的電流。另外還需要考慮的是LED的尺寸和高度。所提供的產(chǎn)品必須具備散熱功能，這個功能將成為高電流應(yīng)用的關(guān)鍵。當(dāng)然，成本是另一個關(guān)鍵性的參數(shù)需要一并納入考慮。
 
　　選擇LED更容易

        許多LED供貨商相繼推出線上選擇工具，使得LED的選擇變得更為容易。這些工具能夠逐一比對多種解決方案并提供圖形分析，這可以讓LED的設(shè)計工程師快速地取得最佳的解決方案。

 　　LED的溫度控制

        如果LED這么有效率，為什么我們還需要對LED進(jìn)行溫度控制和監(jiān)控？LED運作時的溫度沒有低于白熾燈的光源嗎？事實證明，LED雖然比鎢絲燈泡具備更好的效率，但是仍然產(chǎn)生了大量的熱能。白熾燈泡產(chǎn)生的熱能主要可以透過紅外線輻射方式進(jìn)行散熱，但是，LED在半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)中除了產(chǎn)生熱能外，也會產(chǎn)生光子。這種熱能不屬于輻射光譜，必須透過傳導(dǎo)和對流的方式才能排除。
 
        如果LED在比較熱的條件下運作，會出現(xiàn)一些問題。LED的亮度會隨著溫度的上升而明顯變暗。另外，LED的顏色也會隨著溫度的變化而改變，如此可能會在需要保持顏色一致的應(yīng)用上產(chǎn)生問題，例如由RGB產(chǎn)生的白光。在設(shè)計驅(qū)動器電路時，應(yīng)該要考慮到LED順向電壓會因為溫度改變而產(chǎn)生變化這類型的電子特性，如果LED以并聯(lián)配置共享電流，則LED順向電壓的變化可能也是一個問題。長期暴露在高接面溫度的環(huán)境下，將加速LED的老化現(xiàn)象，并降低其使用壽命和可靠性。因此，在設(shè)計系統(tǒng)時，必須使其在LED的溫度規(guī)格范圍之內(nèi)運作。這通常可使用散熱器來達(dá)到目的，例如在印刷電路板上采用較大的銅質(zhì)區(qū)域、附加散熱器，或使用加強耐熱型/金屬印刷電路板(PCB)來裝載LED；此外，也可以使用強制氣流。
 
        不過，對于不正常的氣候變化所產(chǎn)生的高熱或是散熱裝置失效等意外狀況，可以實行一套故障安全機制應(yīng)對。大部分的降壓拓樸LED驅(qū)動器都具有熱關(guān)閉功能，因此若驅(qū)動器超出指定的溫度（通常是125到150℃），則會關(guān)閉驅(qū)動器與LED。升壓拓樸驅(qū)動器將會保護其本身，而不會在關(guān)閉時加載，因此需要針對LED使用撬桿電路或其他保護裝置。在任一種情況下，LED的溫度可能會高于驅(qū)動器的溫度，因此LED本身需要自己的溫度傳感器和監(jiān)控電路的故障安全保護裝置。這種溫度傳感器可以減少或關(guān)閉LED的電流、開啟冷卻風(fēng)扇，并且可以對使用者或維修人員提供告警機制。
 
　　LED的溫度傳感器類型

        一般來說，溫度傳感器的準(zhǔn)確性必須提供足夠的彈性，以便能夠偵測到溫度過熱的問題，同時又不會在正常操作溫度下觸發(fā)故障警示。舉例而言，如果系統(tǒng)的一般操作溫度為80℃，而其需要偵測不超過100℃的故障條件，則若使用 +/- 2℃ 準(zhǔn)確度的溫度傳感器系統(tǒng)時，可將其允許值設(shè)定為98℃即可，但若使用 +/-10℃ 準(zhǔn)確度的溫度傳感器系統(tǒng)，則將其允許值設(shè)定為90℃已是最低值。

        適用LED的離散式溫度傳感器，包括會隨溫度變化而改變電阻值的熱敏電阻。熱敏電阻的價格便宜，且具有較高的敏感度，但為非線性，因此需要進(jìn)行初始校準(zhǔn)。熱敏電阻適用于運作溫度范圍為50℃到150℃的系統(tǒng)。
 
        另一種選擇是使用熱電偶。傳感器的電壓會隨溫度變化而改變，同時會產(chǎn)生電流，因此不需要使用獨立的電源供應(yīng)。它們的敏感度低于熱電偶，但已足夠LED使用。其提供的溫度范圍已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出LED所需，目前已廣泛應(yīng)用于其他應(yīng)用中。相對于熱敏電阻，其成本較高。這兩種傳感器都需要使用一些模擬電路，這些模擬電路可能是與微控制器介接，以便修正溫度變化產(chǎn)生的問題，或是經(jīng)由關(guān)閉或調(diào)光接腳直接與LED驅(qū)動器相連。
 
        硅材溫度傳感器的溫度范圍可從-50℃到150℃，也可用于LED應(yīng)用中。這些較便宜的傳感器提供了各種應(yīng)用選項，其范圍涵蓋與溫度成正比的模擬電壓輸出、含磁滯的溫度觸發(fā)開/關(guān)輸出、風(fēng)扇控制，以及數(shù)字接口如與微控制器連接的I2C和SPI∕微傳線接口。
 
　　溫度傳感器應(yīng)用范例

        圖2所示為簡單的溫度傳感器電路，該電路介接LM3404HV降壓LED驅(qū)動器以及LM26LV溫度傳感器。溫度傳感器應(yīng)盡可能放置在靠近LED的位置。在此電路中，當(dāng)溫度低于指定值時，LM26LV 的 OVERTEMP 接腳通常會處于高位，但當(dāng)溫度上升時，該接腳就會進(jìn)入低位，從而經(jīng)由 DIM 接腳關(guān)閉 LM3404HV。當(dāng)溫度回到低于指定值（傳感器具有磁滯功能）5℃ 時，OVERTEMP 接腳會進(jìn)入高位，同時會再次啟動 LM3404HV。

          因此，我們知道可以使用簡單的溫度傳感器來監(jiān)控并修正LED應(yīng)用中溫度過熱的情形。在較復(fù)雜的系統(tǒng)設(shè)計時，可依比例減少LED的電流，而不用在LED的溫度高于臨界值時關(guān)閉它們。或者可以在LED溫度超過規(guī)格時開啟風(fēng)扇（并增加 RPM）。無論如何，這些溫度感測系統(tǒng)都不能取代對LED進(jìn)行良好的散熱設(shè)計的必要性，但可以將它們視為故障安全關(guān)閉機制使用，以便在一般溫度控制失效時，提高LED的使用壽命和可靠性。