如何选择高亮度LED灯珠并使其运用

   现在的LED灯珠市场可说是非常火热。随着能源成本增加，以及对于气候变迁的关注，各国政府和工业界开始推动高效率的照明解决方案。由于LED灯珠具有高效率及使用寿命长等特性，因此是极佳的解决方案。同时，LED灯珠技术正在经历一段快速变化和创新的过程，将持续推出更明亮且更有效率的产品，但这将使得大多数的工程师难以跟上最新产品的步伐。幸好，协助选择LED灯珠组件以及产品规划设计的工具程序已经非常完善，这将使得工程师们在选择适当的LED灯珠及LED驱动器更为容易。即使拥有了功能强大的设计工具，但是工程师们仍然需要了解会影响LED灯珠选择的参数有哪些，才能真正发挥工具的最大效能。
 
　　如何选择LED灯珠

        第一个步骤是选择LED灯珠的颜色。各种不同颜色的LED灯珠主要是因为不同的主波长以及紫外线到红外线区间内可提供的波长。白光LED是针对其色温与暖白光LED所设定，通常色温为 2800K 到 3500K 范围内，适合用于室内照明。与白光LED相比较，传统的普通钨丝灯泡色温范围约为 3000K。冷白光LED的色温范围则介于 6300K 到 7500K 的区域，而白光LED则是属于从 3600K 到 6200K 的中间范围。
 
　　LED灯珠亮度应为多亮？

        光通量（以流明为单位）一般用于量测LED的亮度。这是在人类双眼所能识别之光谱内所发出的光量总数。表1显示一些典型光源的光通量值。

        个别高亮度LED灯珠光通量值通常小于100 流明（虽然这个值正迅速攀升）。因此在大多数的应用中都会将LED灯珠组合成数组的形式，以达到更高的亮度。对于多个白光LED照明大多采用并联串数组组合，并利用单一电流控制驱动器来驱动。但并联的方式可能会因为LED的顺向电压和流经每个灯串内的电流不同，导致灯串产生不同的亮度。因此，最好使用串联的LED，使亮度和色彩能够保持一致。然而，串联电压会随着使用较多的LED灯珠而提高，如此将影响到可使用的驱动器拓朴、降压与升压。
 
        由于LED灯珠发光具有方向性的特质，因此在不同的角度观看时会呈现不同的亮度，在某个视角的条件下，我们所观察到的亮度可能会降低至50%。在定向应用中，实际感受到的亮度会高于采用球形发光方式的点光源。换句话说，如果某些应用需要采用球形发光方式，则必须针对应用来设计相对应的数组，可以使用光学来扩散或聚焦光线。
 
        照明组件的效率测量基准为发光效率，其单位为流明∕瓦。由于LED研发及设计的数量激增，使得具有 75 流明∕瓦发光效率值的组件快速增加，而市场上最近也开始出现具有 115 流明∕瓦的LED。用相同的标准来比较不同的光源的发光效率，钨丝灯泡大约 17 流明∕瓦、省电灯泡大约为 60 流明∕瓦，以及低压钠路灯的 100 到 200 流明∕瓦。

　　电压和电流

        LED灯珠的顺向电压是LED制程的一个特点，一般而言，黄光∕橙光∕红光 LED灯珠的顺向电压值范围在 2-3V，而蓝光∕绿光∕白光LED的顺向电压值范围在 3-4V。流过LED的电流控制了LED亮度，同时也会影响呈现的色彩，因此LED会在稳定电流模式下运作。高亮度LED通常会采用0.35A、0.7A、1.0A、1.4A 以上的电流。另外还需要考虑的是LED的尺寸和高度。所提供的产品必须具备散热功能，这个功能将成为高电流应用的关键。当然，成本是另一个关键性的参数需要一并纳入考虑。
 
　　选择LED灯珠更容易

        许多LED供货商相继推出线上选择工具，使得LED的选择变得更为容易。这些工具能够逐一比对多种解决方案并提供图形分析，这可以让LED灯珠的设计工程师快速地取得最佳的解决方案。
　　LED灯珠的温度控制

        如果LED灯珠这么有效率，为什么我们还需要对LED灯珠进行温度控制和监控？LED灯珠运作时的温度没有低于白炽灯的光源吗？事实证明，LED灯珠虽然比钨丝灯泡具备更好的效率，但是仍然产生了大量的热能。白炽灯泡产生的热能主要可以透过红外线辐射方式进行散热，但是，LED灯珠在半导体二极管的结构中除了产生热能外，也会产生光子。这种热能不属于辐射光谱，必须透过传导和对流的方式才能排除。
 
        如果LED灯珠在比较热的条件下运作，会出现一些问题。LED灯珠的亮度会随着温度的上升而明显变暗。另外，LED灯珠的颜色也会随着温度的变化而改变，如此可能会在需要保持颜色一致的应用上产生问题，例如由RGB产生的白光。在设计驱动器电路时，应该要考虑到LED灯珠顺向电压会因为温度改变而产生变化这类型的电子特性，如果LED灯珠以并联配置共享电流，则LED灯珠顺向电压的变化可能也是一个问题。长期暴露在高接面温度的环境下，将加速LED的老化现象，并降低其使用寿命和可靠性。因此，在设计系统时，必须使其在LED灯珠的温度规格范围之内运作。这通常可使用散热器来达到目的，例如在印刷电路板上采用较大的铜质区域、附加散热器，或使用加强耐热型/金属印刷电路板(PCB)来装载LED；此外，也可以使用强制气流。
 
        不过，对于不正常的气候变化所产生的高热或是散热装置失效等意外状况，可以实行一套故障安全机制应对。大部分的降压拓朴LED驱动器都具有热关闭功能，因此若驱动器超出指定的温度（通常是125到150℃），则会关闭驱动器与LED。升压拓朴驱动器将会保护其本身，而不会在关闭时加载，因此需要针对LED使用撬杆电路或其他保护装置。在任一种情况下，LED的温度可能会高于驱动器的温度，因此LED本身需要自己的温度传感器和监控电路的故障安全保护装置。这种温度传感器可以减少或关闭LED的电流、开启冷却风扇，并且可以对使用者或维修人员提供告警机制。
 
　　LED灯珠的温度传感器类型

        一般来说，温度传感器的准确性必须提供足够的弹性，以便能够侦测到温度过热的问题，同时又不会在正常操作温度下触发故障警示。举例而言，如果系统的一般操作温度为80℃，而其需要侦测不超过100℃的故障条件，则若使用 +/- 2℃ 准确度的温度传感器系统时，可将其允许值设定为98℃即可，但若使用 +/-10℃ 准确度的温度传感器系统，则将其允许值设定为90℃已是最低值。
 

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