LED照明的新解决方案介绍

电力效率的驱动力现在已经转移到将照明作为主要增长领域。 LED作为固态照明（SSL）的核心是这个新市场的关键，适用于大多数产品。 LED市场包括传统的指示器设备，多年来一直是汽车仪表板指示器和二次照明应用的支柱。 “白色”LED的出现现已将这些设备带入普通照明和显示器背光市场。除了LED本身之外，SSL生态系统还包括连接器，专用布线，驱动器，电源调节器，无线连接和热管理产品。关于SSL在商业，工业和汽车市场中的应用的讨论如下。

点亮的指示器解决方案

人们提到LED时想到的典型图像是点亮开关附近的红色电源指示灯。如果您进一步询问，这可能包括指示功能中黄色或绿色单个LED的异国情况。现实情况是，将LED用作显示应用的光源正在成为主流。此外，几乎所有使用白炽灯或荧光灯（包括CCFL）的应用都可以更新为使用LED照明。 LED的优点很多。它们功率更低，产生更少的热量，可用于多种形状因子，具有非常长的使用寿命，并且对运动和振动不敏感。另一个生态优势是照明控制电路不含任何有害物质，如汞，并且可以制成无铅。

为了支持LED，有两条不同的路径：标准路径，日光可读和红外指示灯LED，以及用于照明应用的LED。第一组是在光电子学的主题下组织的。此类别包括点阵显示，字符显示和单个/分组LED。它们设计用于稳压电源系统，用于功能指示和状态。它们有多种形状和安装方式，如图1和图2所示。

图1：七段字符显示LED。

图2：点阵LED显示屏。

有时将各个LED元件分组为模块。这些模块有两种形式：仅有多个LED，LED和其他电子元件。附加电子元件包括上拉或下拉电阻，驱动器逻辑和解码逻辑。大多数多段显示模块可以直接访问共用阴极或共阳极配置中的LED。对于条形指示器显示，LED按照每个LED配置的两针直接连接。原理图如图3所示。

图3：指示条LED模块示意图。

高端模块，如OSRAM PD243X，PD353X和PD443X，同时具有多字符显示和LED排列显示。这些显示器设计用于与标准CMOS逻辑和CPU集成。它们具有内置内存，解码器，多路复用器和驱动程序。该设备还包括设备的软件控制（SDK），支持闪烁，内存清除，灯泡测试，显示空白，单/多字符闪烁和多个亮度级别。指示器模块的使用简化了系统设计，因为这些功能所需的所有时序都包含在器件中，而应用板导致显示器的单个器件占位面积。

单个LED由于其安装和连接要求，元件可能无法立即在最终外壳中看到。为了解决这个问题，Digi-Key带有全系列光学元件。可以从一些与LED相同的供应商提供，包括Avago Technologies，Inc.，Chicago Miniature Lighting LLC，Dialight，Lumex Inc.，Molex，Panasonic和TE Connectivity。光学器件包括反射器，侧面发射器，透镜，灯座，远程荧光粉和光管。标准光学器件将LED灯本地重定向，以延伸到产品设计的外壳。光学器件还为显示器提供了替代安装解决方案。

照明产品分为低，中，高亮度。 LED还可根据目标应用以特定颜色频率提供。结果，没有“红色”LED这样的东西。相反，存在从LED输出的特定波长的红色，并且透镜允许该频率被放大。亮度等级与使用模型有很大关系 - 室内，室外，汽车，系统控制，日光可读等。与设备相关的功率也随着亮度而变化，因此选择正确的亮度非常重要。除了功率之外，视觉外观还受亮度，频率和光学系统的影响。设计师必须了解其用途和应用。例如，汽车空调按钮的灯应该是小的，明亮的和蓝色的，这样你就可以在白天看到它，相反，你不会使用大的高亮度绿色LED作为报警键盘，如它将有效地照亮房间，并为键盘操作员提供大量的眩光。

照明和HB LED解决方案

远离指标，这已经是自20世纪70年代以来，LED产业的主要产品，我们转向固态照明。这个市场由高亮度（HB）LED和白色LED主导。卡迪夫大学实验室的Alberto Barbieri研究了高亮度LED的效率和可靠性，并通过在（AlGaInP/GaAs）LED上使用由氧化铟锡（ITO）制成的透明触点，展示了非常令人印象深刻的结果。蓝色LED和高效LED的出现迅速促成了第一个白色LED的发展，它采用了Y3Al5O12：Ce或“YAG”荧光粉涂层，将黄色（下转换）光与蓝色混合，产生出现的光白色。这很快被Cree等公司商业化。 Cree的XLamp™XM-L白光LED今年上市，在10瓦的全功率下可产生每瓦100流明，在2瓦输入功率下每瓦可产生高达160流明的光。

这些高亮度和白光LED已经进入主流照明应用，交通照明和一般低功率照明。功率的优势源于光发电技术。对于典型的60至100瓦应用，白炽灯每瓦输出15流明。荧光灯在35至40瓦的功率水平下输出大约100流明/瓦。 LED工作在毫安范围内，为20 mA功耗提供65流明。由于这些设备用于普通照明，因此功率可提升至约350 mA。

汽车照明一直是LED照明的早期采用者之一。长寿命周期，固态结构，不受振动，低功率和轻量化的影响，使它们自然适合。对于这些应用，LED位于一个点上，并且使用光管将光线绕过以适合轮廓。 Digi-Key在其照明解决方案部分下提供光管。光管通常与所有颜色的LED一起使用，以提供在商业建筑，工业，家用电器，铁路，机动车辆和商用飞机应用中发现的重点/装饰照明。它们是线性光源，例如使用TE Connectivity专有的大芯光纤棒，使用一个或多个LED沿光管的整个长度投射光带。 TE Connectivity Light Pipe如图4所示。

图4：TE连接光管（TE Connectivity提供）。

光管和反射器是LCD和显示器新型低功率背光的基础。 Digi-Key光管套件允许通过标准部件水平，垂直和沿柔性路径引导光线来创建新的工业设计。这些套件可从Dialight和Lumex Inc.等处获得。大多数光学元件都是“卡入式”，因此它们与表面贴装LED上的后组装兼容，即符合ROHS和波峰焊。
对于普通照明，不仅仅是光输出和光线相对于工业设计的位置。通用照明具有热管理和动力驱动（即，调光和控制）方面。 Cree Inc.，赛普拉斯半导体，英飞凌科技，凌力尔特，Lumex Inc.，美国国家半导体和恩智浦半导体都提供产品培训手册，概述了他们的开发套件。典型的评估套件，如Cree LED模块LMR4评估套件，如图5所示。开发套件包括基于Cree LED的光模块，两个用于灯保持运行的散热器，一个带控制逻辑的调光开关，手册，以及将模块连接到标准交流电压所需的所有插头和接线。来自其他制造商的其他套件包括类似的部件，其中一些套件基于低压供电操作与标准线电压。

图5：Cree LED模块LMR4评估套件（Courtesy CREE，Inc。）。

该套件允许围绕照明模块创建产品设计，制造商负责所有电子设备。产品设计任务仅限于光学设计和创意工业设计。示例如图6所示。为了帮助设计实现，有许多直接来自制造商的应用笔记。它们解决了现实问题，例如热响应和退化特性，处理波峰焊的问题，确定LED的DC和AC性能的效率，调光控制以及LED的功率控制。

图6：LMR4的Cree照明设计实例（Courtesy CREE，Inc。）。

使用LED进行设计，为工程师提供了能力的优势选择浅色。例如，Cree CXA2011照明套件具有温暖的白光，色温范围为2700K至5000K。其他几个系列的颜色更白，更冷。这些特定的灯不随时间漂移，并且它们的焦点和视角/投影角度可以用光学器件定制。 Digi-Key提供的另一种系统为建筑物提供室内照明。 TE Connectivity的NEVALO™照明系列包括培训视频和白皮书，提供电源，接线，照明插座，LED板，光学器件和散热器的完整开发环境。这些组件由钻取模板，基于Web的配置工具，SSL预算系统和带测试板的热测试仪器提供支持。

由于节省电力和人力，降低了更换成本，并减少了维护人员的人力。照明，室内照明市场正在推动使用交钥匙开发系统和高度自动化兼容的照明解决方案。大多数单独的LED都有高速带和卷轴，切割带和Digi-Reel®形式，以简化高容量表面贴装组装。