LED照明的新解決方案介紹

電力效率的驅(qū)動(dòng)力現(xiàn)在已經(jīng)轉(zhuǎn)移到將照明作為主要增長(zhǎng)領(lǐng)域。 LED作為固態(tài)照明（SSL）的核心是這個(gè)新市場(chǎng)的關(guān)鍵，適用于大多數(shù)產(chǎn)品。 LED市場(chǎng)包括傳統(tǒng)的指示器設(shè)備，多年來(lái)一直是汽車儀表板指示器和二次照明應(yīng)用的支柱。 “白色”LED的出現(xiàn)現(xiàn)已將這些設(shè)備帶入普通照明和顯示器背光市場(chǎng)。除了LED本身之外，SSL生態(tài)系統(tǒng)還包括連接器，專用布線，驅(qū)動(dòng)器，電源調(diào)節(jié)器，無(wú)線連接和熱管理產(chǎn)品。關(guān)于SSL在商業(yè)，工業(yè)和汽車市場(chǎng)中的應(yīng)用的討論如下。

點(diǎn)亮的指示器解決方案

人們提到LED時(shí)想到的典型圖像是點(diǎn)亮開(kāi)關(guān)附近的紅色電源指示燈。如果您進(jìn)一步詢問(wèn)，這可能包括指示功能中黃色或綠色單個(gè)LED的異國(guó)情況?，F(xiàn)實(shí)情況是，將LED用作顯示應(yīng)用的光源正在成為主流。此外，幾乎所有使用白熾燈或熒光燈（包括CCFL）的應(yīng)用都可以更新為使用LED照明。 LED的優(yōu)點(diǎn)很多。它們功率更低，產(chǎn)生更少的熱量，可用于多種形狀因子，具有非常長(zhǎng)的使用壽命，并且對(duì)運(yùn)動(dòng)和振動(dòng)不敏感。另一個(gè)生態(tài)優(yōu)勢(shì)是照明控制電路不含任何有害物質(zhì)，如汞，并且可以制成無(wú)鉛。

為了支持LED，有兩條不同的路徑：標(biāo)準(zhǔn)路徑，日光可讀和紅外指示燈LED，以及用于照明應(yīng)用的LED。第一組是在光電子學(xué)的主題下組織的。此類別包括點(diǎn)陣顯示，字符顯示和單個(gè)/分組LED。它們?cè)O(shè)計(jì)用于穩(wěn)壓電源系統(tǒng)，用于功能指示和狀態(tài)。它們有多種形狀和安裝方式，如圖1和圖2所示。

圖1：七段字符顯示LED。

圖2：點(diǎn)陣LED顯示屏。

有時(shí)將各個(gè)LED元件分組為模塊。這些模塊有兩種形式：僅有多個(gè)LED，LED和其他電子元件。附加電子元件包括上拉或下拉電阻，驅(qū)動(dòng)器邏輯和解碼邏輯。大多數(shù)多段顯示模塊可以直接訪問(wèn)共用陰極或共陽(yáng)極配置中的LED。對(duì)于條形指示器顯示，LED按照每個(gè)LED配置的兩針直接連接。原理圖如圖3所示。

圖3：指示條LED模塊示意圖。

高端模塊，如OSRAM PD243X，PD353X和PD443X，同時(shí)具有多字符顯示和LED排列顯示。這些顯示器設(shè)計(jì)用于與標(biāo)準(zhǔn)CMOS邏輯和CPU集成。它們具有內(nèi)置內(nèi)存，解碼器，多路復(fù)用器和驅(qū)動(dòng)程序。該設(shè)備還包括設(shè)備的軟件控制（SDK），支持閃爍，內(nèi)存清除，燈泡測(cè)試，顯示空白，單/多字符閃爍和多個(gè)亮度級(jí)別。指示器模塊的使用簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，因?yàn)檫@些功能所需的所有時(shí)序都包含在器件中，而應(yīng)用板導(dǎo)致顯示器的單個(gè)器件占位面積。

單個(gè)LED由于其安裝和連接要求，元件可能無(wú)法立即在最終外殼中看到。為了解決這個(gè)問(wèn)題，Digi-Key帶有全系列光學(xué)元件?？梢詮囊恍┡cLED相同的供應(yīng)商提供，包括Avago Technologies，Inc.，Chicago Miniature Lighting LLC，Dialight，Lumex Inc.，Molex，Panasonic和TE Connectivity。光學(xué)器件包括反射器，側(cè)面發(fā)射器，透鏡，燈座，遠(yuǎn)程熒光粉和光管。標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)器件將LED燈本地重定向，以延伸到產(chǎn)品設(shè)計(jì)的外殼。光學(xué)器件還為顯示器提供了替代安裝解決方案。

照明產(chǎn)品分為低，中，高亮度。 LED還可根據(jù)目標(biāo)應(yīng)用以特定顏色頻率提供。結(jié)果，沒(méi)有“紅色”LED這樣的東西。相反，存在從LED輸出的特定波長(zhǎng)的紅色，并且透鏡允許該頻率被放大。亮度等級(jí)與使用模型有很大關(guān)系 - 室內(nèi)，室外，汽車，系統(tǒng)控制，日光可讀等。與設(shè)備相關(guān)的功率也隨著亮度而變化，因此選擇正確的亮度非常重要。除了功率之外，視覺(jué)外觀還受亮度，頻率和光學(xué)系統(tǒng)的影響。設(shè)計(jì)師必須了解其用途和應(yīng)用。例如，汽車空調(diào)按鈕的燈應(yīng)該是小的，明亮的和藍(lán)色的，這樣你就可以在白天看到它，相反，你不會(huì)使用大的高亮度綠色LED作為報(bào)警鍵盤，如它將有效地照亮房間，并為鍵盤操作員提供大量的眩光。

照明和HB LED解決方案

遠(yuǎn)離指標(biāo)，這已經(jīng)是自20世紀(jì)70年代以來(lái)，LED產(chǎn)業(yè)的主要產(chǎn)品，我們轉(zhuǎn)向固態(tài)照明。這個(gè)市場(chǎng)由高亮度（HB）LED和白色LED主導(dǎo)。卡迪夫大學(xué)實(shí)驗(yàn)室的Alberto Barbieri研究了高亮度LED的效率和可靠性，并通過(guò)在（AlGaInP/GaAs）LED上使用由氧化銦錫（ITO）制成的透明觸點(diǎn)，展示了非常令人印象深刻的結(jié)果。藍(lán)色LED和高效LED的出現(xiàn)迅速促成了第一個(gè)白色LED的發(fā)展，它采用了Y3Al5O12：Ce或“YAG”熒光粉涂層，將黃色（下轉(zhuǎn)換）光與藍(lán)色混合，產(chǎn)生出現(xiàn)的光白色。這很快被Cree等公司商業(yè)化。 Cree的XLamp?XM-L白光LED今年上市，在10瓦的全功率下可產(chǎn)生每瓦100流明，在2瓦輸入功率下每瓦可產(chǎn)生高達(dá)160流明的光。

這些高亮度和白光LED已經(jīng)進(jìn)入主流照明應(yīng)用，交通照明和一般低功率照明。功率的優(yōu)勢(shì)源于光發(fā)電技術(shù)。對(duì)于典型的60至100瓦應(yīng)用，白熾燈每瓦輸出15流明。熒光燈在35至40瓦的功率水平下輸出大約100流明/瓦。 LED工作在毫安范圍內(nèi)，為20 mA功耗提供65流明。由于這些設(shè)備用于普通照明，因此功率可提升至約350 mA。

汽車照明一直是LED照明的早期采用者之一。長(zhǎng)壽命周期，固態(tài)結(jié)構(gòu)，不受振動(dòng)，低功率和輕量化的影響，使它們自然適合。對(duì)于這些應(yīng)用，LED位于一個(gè)點(diǎn)上，并且使用光管將光線繞過(guò)以適合輪廓。 Digi-Key在其照明解決方案部分下提供光管。光管通常與所有顏色的LED一起使用，以提供在商業(yè)建筑，工業(yè)，家用電器，鐵路，機(jī)動(dòng)車輛和商用飛機(jī)應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)的重點(diǎn)/裝飾照明。它們是線性光源，例如使用TE Connectivity專有的大芯光纖棒，使用一個(gè)或多個(gè)LED沿光管的整個(gè)長(zhǎng)度投射光帶。 TE Connectivity Light Pipe如圖4所示。

圖4：TE連接光管（TE Connectivity提供）。

光管和反射器是LCD和顯示器新型低功率背光的基礎(chǔ)。 Digi-Key光管套件允許通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)部件水平，垂直和沿柔性路徑引導(dǎo)光線來(lái)創(chuàng)建新的工業(yè)設(shè)計(jì)。這些套件可從Dialight和Lumex Inc.等處獲得。大多數(shù)光學(xué)元件都是“卡入式”，因此它們與表面貼裝LED上的后組裝兼容，即符合ROHS和波峰焊。
對(duì)于普通照明，不僅僅是光輸出和光線相對(duì)于工業(yè)設(shè)計(jì)的位置。通用照明具有熱管理和動(dòng)力驅(qū)動(dòng)（即，調(diào)光和控制）方面。 Cree Inc.，賽普拉斯半導(dǎo)體，英飛凌科技，凌力爾特，Lumex Inc.，美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體和恩智浦半導(dǎo)體都提供產(chǎn)品培訓(xùn)手冊(cè)，概述了他們的開(kāi)發(fā)套件。典型的評(píng)估套件，如Cree LED模塊LMR4評(píng)估套件，如圖5所示。開(kāi)發(fā)套件包括基于Cree LED的光模塊，兩個(gè)用于燈保持運(yùn)行的散熱器，一個(gè)帶控制邏輯的調(diào)光開(kāi)關(guān)，手冊(cè)，以及將模塊連接到標(biāo)準(zhǔn)交流電壓所需的所有插頭和接線。來(lái)自其他制造商的其他套件包括類似的部件，其中一些套件基于低壓供電操作與標(biāo)準(zhǔn)線電壓。

圖5：Cree LED模塊LMR4評(píng)估套件（Courtesy CREE，Inc。）。

該套件允許圍繞照明模塊創(chuàng)建產(chǎn)品設(shè)計(jì)，制造商負(fù)責(zé)所有電子設(shè)備。產(chǎn)品設(shè)計(jì)任務(wù)僅限于光學(xué)設(shè)計(jì)和創(chuàng)意工業(yè)設(shè)計(jì)。示例如圖6所示。為了幫助設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，有許多直接來(lái)自制造商的應(yīng)用筆記。它們解決了現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，例如熱響應(yīng)和退化特性，處理波峰焊的問(wèn)題，確定LED的DC和AC性能的效率，調(diào)光控制以及LED的功率控制。

圖6：LMR4的Cree照明設(shè)計(jì)實(shí)例（Courtesy CREE，Inc。）。

使用LED進(jìn)行設(shè)計(jì)，為工程師提供了能力的優(yōu)勢(shì)選擇淺色。例如，Cree CXA2011照明套件具有溫暖的白光，色溫范圍為2700K至5000K。其他幾個(gè)系列的顏色更白，更冷。這些特定的燈不隨時(shí)間漂移，并且它們的焦點(diǎn)和視角/投影角度可以用光學(xué)器件定制。 Digi-Key提供的另一種系統(tǒng)為建筑物提供室內(nèi)照明。 TE Connectivity的NEVALO?照明系列包括培訓(xùn)視頻和白皮書(shū)，提供電源，接線，照明插座，LED板，光學(xué)器件和散熱器的完整開(kāi)發(fā)環(huán)境。這些組件由鉆取模板，基于Web的配置工具，SSL預(yù)算系統(tǒng)和帶測(cè)試板的熱測(cè)試儀器提供支持。

由于節(jié)省電力和人力，降低了更換成本，并減少了維護(hù)人員的人力。照明，室內(nèi)照明市場(chǎng)正在推動(dòng)使用交鑰匙開(kāi)發(fā)系統(tǒng)和高度自動(dòng)化兼容的照明解決方案。大多數(shù)單獨(dú)的LED都有高速帶和卷軸，切割帶和Digi-Reel?形式，以簡(jiǎn)化高容量表面貼裝組裝。