LED指示灯应用设计和选择，搞懂其实并不难

LED技术日益成熟。LED指示灯可以在绝大部分的设备和电路上可以看到。那在实际选择和设计LED时，有哪些需要注意的呢？LED涵盖的内容很多，本文主要介绍最基础的LED指示灯选择时需要注意的关键参数与设计实例。后续的文章中会介绍特种LED比如说紫外线LED等选型设计的相关内容。

LED指示灯关键参数

Digi-key官网上有多种不同种类的LED，可以根据不同的参数选择合适的LED。

http://www.digikey.com.cn/search/zh/光电元件/LED-指示-分立/4072

图1 Digi-key LED指示灯参数选择界面

参数1波长

峰值波长&主波长。人眼能看到的光和机器能看到的光线不完全一致。所以有两个波长指标来表示：主波长、峰值波长。

峰值波长：光谱发光强度或辐射功率最大处所对应的波长。

主波长：眼睛能看到光源发出的主要光的颜色所对应的波长为主波长

一般来说这个两个参数差别不大。选择时主要看应用场合。如果是用在光学仪器上的时候，这个时候仪器需要识别波长，选择时应该以峰值波长为准。如果是用在指示的方面，因为接受者是人，更多的应考虑主波长。

图2 Digi-key LED主波长和峰值波长参数选择

颜色和波长。颜色和波长是一一对应的。如果选料的时候想找与之前颜色一样的LED替代料。可以直接比较波长这个参数。如果波长一致，颜色也是一致的。下面是常用颜色对应波长范围。

红（Red）：R（610nm-640nm）

黄（Yellow）：Y（580nm-595nm）

蓝（Blue）：B（455nm-490nm）

绿（Green）：G（501nm-540nm）

紫（Purple）：P（380nm-410nm）

参数2发光强度

发光强度（毫烛光candela，单位mcd），是衡量光源发光强弱的量，也就是仪器能接受到的光的亮度。 

图3 Digi-key LED发光强度参数选择

在实际应用中，人眼对不同波长的光的感知程度是不一样的。同样辐射能量的LED，我们会感觉红光比绿光会亮很多。实际设计时，有时需要同时用到不同颜色LED。为了保证所有LED亮度的一致性，可以考虑适当的选择发光强度大一点绿色LED。

参数3正向电压&正向电流

LED是二极管的一种，一般正向导通的情况下，正向电压Vf可以理解为使LED发光所需要提供的额定电压。正向工作电流If可以理解为使LED发光所需要提供的额定电流。一般来说，正向工作电流越大，LED亮度越大。

图4 Digi-key LED正向电压&正向电流参数选择

正向电流If越大，温度越高，寿命会受影响。当环境温度较高的时候，为了更长的LED, 建议减小正向电流。许多原厂都会在数据手册中列出温度与额定正向电流的对应曲线。

图5 温度额定正向电流曲线（QTB  QBLP631-AG）

参数4LED封装

封装主要分为两种：贴片和直插。

表1 LED封装类型

一般来说，贴片所占的体积会更小一点。以下是贴片封装的相关参数。

也可以通过尺寸来选择，下图中的长、宽主要是指的是贴片封装的尺寸。

LED设计实例

下面是一个最简单的LED指示灯设计实例。我们拿（QTB  QBLP631-AG）举一个例子：LED前向电压2.0V，LED正向电流20mA。想实现一个亮度可调的LED指示灯。已知一个5V的电压源/电池，要求LED正向电流在10mA到20mA之间变化。

然后串联一个的可调电阻。当电流20mA，此时LED亮度最大，此时电阻=(5V-2V)/20mA=150Ω。当电流10mA时，电阻=(5V-2V)/10mA=300Ω，此时LED亮度减弱到最亮时的一半。下图为电路图。

图6 可调LED设计实例

LED调光设计

传统的大功率LED照明可能会采用到三端双向可控硅（TRIAC）。TRIAC调光之前多用于白炽灯和卤素灯调光。当传统白炽灯和卤素灯使用LED替换时，TRIAC调光具有一定的兼容性。这种方案经常用在家用照明解决方案之中。

TRIAC可以看成是由两个可控硅整流器（Silicon Controlled Rectifier）反向并联。当没有电流时，可控硅整流器会自动关断。当门极（Gate）给一个触发电流，可控硅整流器再次打开。通过电容电阻网络来控制门极的电流便能实现调光。

图7 LED TRIAC调光

LED实际应用过程中，对于一些高质量高可靠性的LED应用，很多会采用脉冲宽度调制（PWM）。PWM控制广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。

人眼在频率达到100Hz的时候就已经难以察觉明显的明暗变化了。利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制。微处理器输出一定频率的方波，通过调整高电平和低电平的占空比，即可实现LED灯亮度控制。PWM控制中，电压一般使用数据手册中标明的正向电压。

下图显示了三种不同的脉冲类型。脉冲持续时间Tp，脉冲周期T，占空比D(D=Tp/T)。调整占空比即可调整LED的亮度。如下图第一个脉冲波形使LED中等亮度发光。中间脉冲波形使LED亮度发光较暗。最下面脉冲波形使LED亮度发光较亮。

图8 LED PWM控制

经验总结

在做LED指示灯的选型设计时，寿险要正确选择LED指示灯时，需要考虑关键参数有：

波长：波长与颜色对应。

发光强度：同样辐射强度的LED，我们会感觉红光比绿光会亮很多。

正向电压&正向电流：与驱动设计相关。

在LED指示灯系统设计阶段，主要的设计考量包括：

简单的设计方案，串联一个电阻电源既可以实现发光。

对于传统家用照明可以考虑TRIAC调光。

对于一些高质量高可靠性的LED应用，可以采用PWM控制。