LED灯具设计程序

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1、LED灯具设计程序一个典型的LED灯具设计包括电学、热学以及光学的模拟计算，大功率LED光源决定了大功率LED灯具的最终光通量。因此，选择高质量的适配光源是灯具的基础。LED芯片的研发固然重要，但灯具昀设计和研发同样不容忽视。大型照明灯具的主体照明光学系统的结构包括三种设计：(1)芯片外加光学系统得到适宜应用的一次光学设计，它由LED器件的生产商完成。(2)将一次光学设计的单只LED装入一个量身定做的透镜中，得到需要的定向光束，这就是所谓的二次光学设计，以得到满足单只光学需求的LED组件。(3)将若干个二次光学设计完成的LED组件合并成一个有相当规

2、模、满足照明要求配光曲线的灯具，这就是LED的三次光学设计。在LED光源的产品中，大多数产品，例如路灯、光柱、草坪灯、地埋灯、装饰灯等，要求在这些灯具中设置DC/DC恒流驱动电路以适应LED电流驱动的特性。这个电源既要提供LED所需的恒流电流输出，又要有较高的变换效率，否则就会失去LED节能的优点，另外成本低也十分重要，可选择开关电源、高频电源等多种，根据电流稳定性、瞬态过冲以及安全性、可靠性的不同要求作不同选择。LED光源产品另一个重要考虑因素是LED器件的可靠性，作为半导体器件，LED的失效模式研究对评估LED光源的寿命十分重要。LED器件同样

3、符合浴盆曲线这一失效规律，因此如何筛选早期失效器件，即加速寿命试验方法的研究显得尤为重要。提离LED发光效率，改善散热特性，是LED光源发展中必须解决的问题之一，与此同时，在行业协同下开展LED可靠性研究，规范器件老化筛选标准，是解决LED光源在应用中遇到的一些问题的有效途径之一。一、确定照明需求和设计目标设计目标是基于现有灯具的性能，或是基于应用的照明需求。LED照明必须满足或超过目标应用的照明要求。因此，在建立设计目标之前就必须确定照明要求。对于某些应用，存在现成的照明标准，可以直接确定要求。对于没有照明标准的应用，可先确定现有照明特性后，在确

4、定应用的照明需求。照明灯具的光输出和功率特性是确定现有照明特性关键，根据照明灯具提供的技术参数，可获得各种灯具的关键特性，由此确定现有照明的特性。照明要求确定好了之后，就可以确定LED照明的设计目标。设计目标应根据照明应用需求而定，并应列出影响设计的所有其他目标，如特殊光要求、耐高温要求等。与定义照明要求时一样，关键设计目标与光输出和功耗有关。设计目标应包括工作环境、材料清单(BOM)、成本和使用寿命。二、估计光学系统、热系统和电气系统的效率设计目标会对光学、热和电气系统产生限制，根据这些限制对各系统的效率进行估计，将照明目标和系统效率结合起来，才

5、能确定照明需要的LED数量。设计过程中最重要的参数之一是需要多少只LED才能满足设计目标。其他的设计决策都是围绕LED数量展开，因为LED数量直接影响光输出、功耗以及照明成本。查看LED数据手册列出的典型光通量，用该数除设计目标流明，依据此设计方法将满足不了照明应用要求。因LED的光通量依赖于多种因素，包括驱动电流和结温。要准确计算所需要LED的数量，必须首先估计光学、热和电气系统的效率。(1)光学系统效率。通过分析光损失估计光学系统的效率。要分析的两种主要的光损失为：1)次级光学器件。次级光学器件是不属于LED本身的所有光学系统，如LED上的透镜

6、或扩散片。与次级光学器件相关的损失根据使用的特定元件的不同而变化。各次级光元件的典型光学效率在85%～90%之间。如果熙明需要次级光学器件，则存在次级光损失。2)灯具内的光损失。当光线在到达目标物之前，打到灯具罩上时，就产生了灯具光损失。某些光被灯具罩吸收，有些则反射回灯具。固定物的效率由照明光源的布局、灯具壳的形状及灯具罩的材料决定。LED发光具有方向性，可达到的效率比全方向照明光源可能达到的要高得多。次级光学器件的主要目的是改变LED的光输出。图4-18将CreeXLampXR-ELED的光束角度与目标灯具的光输出进行了比较。裸LED的光束角度

7、与目标灯具的非常相似，所以不需要次级光学器件。因此，不存在次级光学器件引起的光损失。只需计算灯具损失，假定灯具反射杯的反射率为85%，60%的光将打到反射杯上。因此，光学效率为力一(100%×40%)+(85%×60%)一91%(2)热损失。LED的相对光通量输出随着结温的上升而降低，大多数LED数据手册都列出了25℃下的典型光通量值，而大多数LED应用都采用较高的结温。当结温Tj>25℃时，光通量肯定比LED数据手册给出的值要低。LED数据手册中有一个曲线，给出了相对光输出与结温的关系，XLampXR-E白色LED结温对应光通量减少曲线如图4-1

8、9所示。该油线通过选择特定相对光输出或特定结温，给出了其他特性值。XLampXR-ELED在额定条件下工作50000h后提