高光效led灯系统可靠性设计可行性报告

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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