1.6 LED灯板的设计

LED产品最终是通过点亮LED实现其功能的，其也是整个产品的最终输出，电路的其他部分都是围绕LED这个输出设备进行设计的，因此首先要解决的问题是LED灯板的设计（这里假设除了单个LED外其他情况均为用灯板来描述多个LED构成的输出部件，后文均使用灯板这个名称）。灯板的设计一般包括以下几个步骤。

1.6.1 确定输出光通量

根据使用场景的要求，确定最终输出的亮度大小。描述照明效果的几个物理量中，包括亮度（单位为cd）是指光源发光的多少，并不一定全部转化为照明环境的效果；照度（单位为lx）则与光源的距离有关；光通量（单位为lm）光源向立体空间辐射的量。后者最能反映照明效果，因此一般采用光通量来确定灯具的设计目标。

1.6.2 选择LED灯珠

LED灯珠的规格有很多，一般可分为大功率和小功率（通常1W以上可称为大功率）。灯珠的选择要根据灯的亮度、出光面的分布特点、环境温度、寿命要求等指标，确定几者之间的关系，然后再确定LED的功率、电流大小、数量，最后在众多品牌型号的LED产品说明书中寻找合适的灯珠。具体选择时，主要考虑其电学参数（正向电压、工作电流、消耗功率）、极限参数（反向击穿电压）、光学参数（光通量、色温、显色指数），以及与工作条件有关的如热阻、光衰等参数是否达到设计的要求。例如，如果要设计射灯，则需要使用透镜聚光，适宜采用大功率LED灯珠，这样更有利于透镜设计；如果要设计一个日光灯管，由于出光面积较大，那么为了节省成本，一般采用PC罩匀光方式，适宜选用小功率灯珠，这样可以增加LED的数量，有利于增加LED覆盖的面积。图1-13所示为某品牌SMD2835贴片式白光LED的外观和主要电学参数。

1.6.3 计算LED数量

根据总光通量或总功率的要求，以及所选的LED灯珠的参数，初步计算所需的LED颗数。要注意LED的参数不能以其标称的极限参数为准，而要留有足够的裕量，例如图1-13中的LED灯珠标称顺向电流（即正向额定电流）为60mA，设计时可按50mA来计算，这样才能保证灯板的可靠性。

1.6.4 选择连接方式

LED的连接方式要根据驱动条件进行选取，确保灯板的工作电压和电流与驱动器输出相匹配。在相同条件下，尽量考虑减小输出电流，这样可以减轻驱动器的负担（一般情况下，输出电流越大，驱动器自身的损耗越大）。LED灯板通常采用混联方式，如果采用恒流电源，则必须确保总电流与驱动器输出电流一致，所以应先确定支路的数量，再计算每条支路的LED颗数；如果采用稳压供电，则应先确定每条支路的电压，为了减小电源的损耗，应尽量减小输出电压与灯板电压的差值，确定了每条支路的LED颗数再计算并联的支路数量。

1.6.5 灯板设计举例

【例1.1】 假设驱动器输出为200mA/（1～5W）的恒流电源，设计一个LED功率为3W的灯泡（采用PC罩匀光），光源采用SMD2835贴片LED灯珠，经测试其可靠工作点为 U _F =3V， I _F =50mA，试确定LED的数量和连接方式。

解 （1）由于驱动器输出电流恒为200mA，每颗LED工作电流为50mA，为了匹配驱动器的输出，灯板的工作电流必须为200mA，因此需要4条LED并联支路。

（2）由于LED总功率为3W，而每颗LED功率为0.15W，故需要20颗LED。

（3）根据（1）和（2）的要求，可以确定应采用5串4并（5S4P）的接法。

【例1.2】 假设输入电压为交流220V市电，经电容降压和桥式整流后接LED灯板，已知驱动电路可提供50mA、150V的工作条件，若采用例1.1中的LED灯珠，请计算LED的颗数。

解 本题采用的是电容降压限流驱动电路，为常见小功率的LED球泡灯设计方案之一，由题意可知，由于驱动电流与LED灯珠电流一致（50mA），LED应采用单路串联方式，根据电压的大小，LED的颗数为150V/3V=50颗（注：关于电容降压限流电路实例请参考第2章）。 JjXq25r4qnB7La6tJS4s1h1tcsul3pWF2DEqpYNeOuGoeLlSq3heh1sHGvUqjnUl