LED照明系统设计指南完全版.doc

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1、LED照明系统设计指南完全版表1列出了设计大功率LED照明的一般步骤。本文的其余部分依次讨论这些设计步骤。为了更好地说明这些设计概念，本文给出了一个LED照明取代23WCFL嵌顶灯的计算例子。不仅对本例，对所有类型照明，本设计步骤都可重复使用。步骤一：确定照明需求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。对其它应用，确定现有照明的特性是一个好方法。表2列出了确定现有照明特性时要考虑的主要特性。光输出和功率特性始终很关键，而根据应用的不同，其它特性可能重要，也可能不重要。所有照明公

2、司都可以提供数据文件或文档，详细给出其各种灯具的关键特性。“潜在关键”的特性要更主观一些，或者在制造商文档里没有列出。在这种情况下，由设计师确定现有照明的特性。图1说明了例中CFL嵌顶灯的关键特性。表3给出了现有照明的全部特性。步骤二：确定设计目标照明要求确定好了之后，就可以确定LED照明的设计目标了。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。确保包含了对目标应用也可能重要的其它设计目标，包括工作环境、材料清单(BOM)成本和使用寿命。表4以LED照明为例列出的设计目标。步骤三：估计光学系统、热系统和电气系统的效率设计过程中最重要的参数之一是，需要多少个LED才能

3、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，这种方法很诱人。然而，此方法太简化了，依此设计将满足不了应用的照明要求。LED的光通量依赖于多种因素，包括驱动电流和结温。要准确计算所需要的数量，必须首先估计光学、热和电气系统的效率。光学系统效率通过考察光损失估计光学系统的功效。要估计的两种主要的光损失源为：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。通过各次级光元件的典

4、型光学效率在85%和90%之间。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的布局、灯具壳的形状及灯具罩的材料决定。如图2所示，LED光具有方向性，可达到的效率比全方向照明可能达到的要高得多。对示例中的照明，如果照明需要次级光学器件，则只存在次级光损失。次级光学器件的主要目的是改变LED的光输出图像。曲线2将CreeXLampXR-ELED的光束角度与目标灯具的光输出图像进行了比较。裸LED的光束角度与目标灯具的非常相似，所以不需要次级光学器件。因此，对本示例照明，不存在次级光学器件引起

5、的光损失。要计算本示例的灯具损失，我们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：热损失LED的相对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数据手册给出的值差。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，例如如曲线3所示的XLampXR-E白色LED。该曲线通过选择特定相对光输出或者特定结温，给出了其它特性值。对本CFL示例，其照明只是为屋顶通风的商业建筑设计的。本设计基于所列的设计目标，对光输出、功效和使用寿命的

6、优先次序进行了划分。XLampXR-ELED额定为5万小时后提供平均70%的流明维持率，结温保持在80℃或以下。因此，CFL示例的最高合适结温为80℃。对应的最小相对光通量为85%，如曲线3所示。这一85%相对光通量是对本例照明热功效估计的值。电气损失LED驱动电子设备将可用功率源(如墙体插座交流电或电池)转换成稳定的电流源。这一过程与所有电源一样，效率不会达到100%。驱动器中的电气损失降低了总体照明效能，因为把输入功率浪费在发热上了，而没有用在发光上。在开始设计LED系统时，就应考虑到电气损失。典型LED驱动器的效率在80%到90%之间。效率高于90%的驱动器的成本要高得

7、多。要注意，驱动器效率可能随输出负载而变化，如曲线4所示。应指定驱动器工作在大于50%输出负载下，以使效率最大，并使成本最低。曲线4示例的LED驱动器效率与负载的关系对于室内应用，驱动器效率87%的估值很好。室外用或非常长的使用寿命的驱动器，效率可能要低一些。表5概括了示例照明的光、热和电气系统的效率。步骤四：计算需要的LED数量实际需要的流明量所有系统效率估算好之后，就可计算要达到设计目标需要的实际LED流明数。对本计算，只使用光效率(光学和热)。电气效率只影响总功耗和灯具效能，而不影响照明的光输出量