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时间:2018-05-11
《高光效led灯系统可靠性设计可行性报告》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、高光效LED灯系统可靠性设计可行性报告一、立项的背景和意义随着地球资源的日益紧缺,节能减排已经成为社会发展的必然趋势。在照明领域,LED绿色光源在日常生活中得到广泛的应用,其“节能、环保、寿命长和无频闪”等优点成为取代传统光源首选。研究表明,LED作为光源,理论上683Lm/W,面白炽灯是10Lm/W,荧光灯是50Lm/W(可实现只消耗白炽灯2%的能耗,比荧光灯节能90%;它采用固体封装,寿命是荧光灯的10倍、白炽灯的100倍;同时,LED光源无紫外光、红外光等辐射,且能避免荧光灯管破裂溢出汞的二次污染。一位美国专家曾指出,LED半导体已在电子学
2、方面完成了一场革命,其第二场革命将在照明领域进行。于是,一股LED照明热潮席卷全球,掀起了照明行业“第二次革命”,美国、日本、韩国、欧洲等国家和地区纷纷制订了自己的“半导体照明计划”,并由政府部门进行强制照明节能推动。中国面对世界照明产业的重大转型和LED的兴起,2003年底紧急启动“半导体(LED)照明产业化技术开发重大项目”,成立了由八部委组成的半导体照明工程协调领导小组,并确定深圳、上海、大连、南昌、厦门五大城市为产业示范基地。2009年中央财政将加大高效照明产品推广力度,大力推广节能的使用范围。我国目前每年用于照明的电力接近2500亿度,
3、其中若能有三分之一采用半导体照明,每年可节约800亿度电,基本上相当于三峡电站总的发电量。为此,政策上正在大力引导与推广节能灯具。特别是利用财政补贴重点支持如半导体(LED)高效照明产品等。 根据ACRICHE统计资料显示,2008年全球LED照明应用,以建筑照明为最大宗,达1.87亿美元,其次为消费性可携式照明如手电筒、露营灯等等,2008年全球市场规模则约5600万美元,零售卖场展示应用市场规模约3900万美元;总计2008年全球LED照明应用市场规模为3.97亿美元。2011年全球LED照明市场规模成长至14亿美元,其中建筑照明和商业照明又
4、将率先成为主力市场;预计建筑照明市场规模将增长到4.72亿美元,零售卖场展示LED照明应用市场则将增长至1.44亿美元,可携式消费性LED照明产品市场规模则将成长到9900万美元;在增长率方面,首尔半导体统计从2007年到2011年,LED建筑照明市场的年复合增长率为38.3%,可携式消费性照明产品的年复合增长率为26.9%,零售卖场展示LED照明市场规模年复合增长率则将达86%、住宅照明年复合增长率更达96.7%。据中国LED照明网统计,在奥运的强力带动下,中国LED照明市场规模将从2007年的48.5亿元快速增长至2010年的98.1亿元。虽
5、然LED具有长寿命、节能、安全、绿色环保等显著优点,并被所有行业内人士10看好:将逐渐进入主流照明体系,最终全面替代传统的荧光和白炽照明。但是由于可靠性、光效及成本等各方面原因导致LED照明应用还在推广中,在整个照明市场所占比例仍较低。为此,本项目提出“高亮度LED灯系统可靠性设计”,旨在从解决LED灯散热和光效问题入手,对LED灯的电气系统、光学系统、热系统以及这三个系统的耦合结构进行分析研究,分别借助电路、光学、热分析及结构设计仿真软件设计出高散热的稳定驱动电源、高效的光学系统以及基于散热的LED灯系统耦合结构,从多个角度提供高亮度LED灯系
6、统可靠性设计的一体化解决方案,从而满足市场需求,推动LED灯的产业化和实用化。二、国内外研究现状和发展趋势(1)LED灯具的散热研究LED从诞生开始,一直伴随着热量管理的问题。其发光机理是靠PN结中的电子在能带间的跃迁产生光能,当它在外加电场作用下,电子与空穴的辐射复合发生电致作用将一部分能量转化为光能,而无辐射复合产生的晶格震荡将其余的能量转化为热能。由于光谱中不含红外成分,产生的热量不能靠辐射散发,只能通过散热器传导到空气中。目前,商用大功率LED的光效仅15%~30%,其余大多数能量转化为热能。如果热能不能有效的排出,将会导致很严重的后果。
7、高温会降低LED的光通量及其发光效率、引起光波红移、偏色,同时还会引起器件老化等不良现象,最重要的是会使LED寿命呈指数性缩减,资料显示,温度每升高10℃,寿命约减少一半。因此,LED热管理十分重要。热传递的三种基本方式为:传导、对流和辐射,热管理也从这三方面入手,分为瞬态分析和稳态分析。其中传导效果最佳,对流次之,辐射较差,这是我们所熟知的。目前国内大部分厂家设计LED灯具散热结构的时候,首先要最最关键考虑的是LED灯具的使用环境,然后在这三种散热方式中寻找出适应于那种环境的主要散热方式,也就是要根据环境因素考虑三种散热方式中哪一种或者哪几种散
8、热方式是主要的,以确定灯具的散热结构。只有这样才能会设计出一款好的LED灯具,也是设计LED灯具散热结构所必须的前提条件。但很多厂家在具
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