大功率集成模块化LED路灯讲义.ppt

大功率集成模块化LED路灯 内容提要 LED路灯发展概述大功率集成LED模组大功率集成封装LED高效散热系统二次光学的应用和反光罩的设计 二 LED路灯发展概述 LED路灯是半导体照明发展到一定阶段的必然产物 它应全球节能 环保 低碳的概念以及政府的号召而诞生 LED照明技术是我国与世界同步的技术领域之一 目前国内的LED照明技术都应用比较成熟 在小功率照明 背光 LED广告牌 汽车照明等领域得到广泛的应用 但是在国内甚至国外的大功率LED道路照明还是刚刚起步 目前大功率LED路灯均采用分立矩阵结构的技术 还存在比较多的缺陷 如散热 光衰 炫光 光照均匀度 配光 等存在不足 欲解决上述问题又遇到成本高 结构和工艺复杂等问题 未来几年集成大功率LED模组灯具将是大功率LED路灯未来发展的方向 直接提高LED使用性能和寿命是近年来的研究热点 但是都没有大的突破 我司此次立项的研究课题是以解决数年尚未能解决的几大难题 三 大功率集成LED模组 集成LED模组封装结构图 三 大功率集成LED模组关键技术 大功率LED照明目前工艺都是用1 3W的发光晶体组合 通过串并联的方式联接 如外部连接成矩阵百瓦以上的功率有二百多个接点且各分立元件的压降均流等电参数差异较大 造成电路的不平衡 引发故障的机率高集成封装的LED模组采用的发光晶体是在相邻的芯片材料上切割 电参数一致性好 把百个发光晶体集中排布在400mm2的面积上 用全自动焊接设备将晶片和金线或银线按设计要求完成内部串并联的电气联接 如上图所示 三 大功率集成LED模组关键技术 实际封装时 选用面积大 光效高的芯片 倒装工艺由导电型锡浆粘贴并严格控制锡浆的厚度 取得最佳的热传导性 使晶体的热量传到铜质镀银的基板上作热冗 为取得较高的发光效率 在倒装晶体的表面涂一层折射率介于空气和LED芯片之间的形成反射层的硅类透明树脂 使发光线能有效照射出来 色温的控制通过高质量的荧光粉及配方和涂敷工艺实现正白光 暖白光 琥珀光等的色温差别 这是集成封装LED芯片着重解决光效 散热 色温等要求 四 大功率集成封装LED高效散热系统 四 高效散热系统关键技术 目前国内LED照明灯具生产企业解决大功率LED照明的散热方式一般有 自然对流散热使用铜板把热源均温掉 再加装散热片 铝型材 来散热 这样的散热面积很有限 重量也重 100W约10 15公斤 而且这种散热方式一般只适合矩阵式LED灯具 因为矩阵的LED光源分布广 发热比较分散 加装风扇强制散热加装风扇强制散热方式系统复杂 可靠性低 一般使用在室内大功率照明 一般户外照明都不采用该散热方式 热管和回路热管散热等热管和回路热管散热方式成本高 不利于全面的推广 四 高效散热系统关键技术 根据热交换的原理采用一种叫水基无机化合物的介质 导入热管形成管状导热器 我们叫无压真空超导换热器 热载体的设计 热载体的要求是重量要轻 散热面积要大 成本又不能太高 符合这种材质暂时只有铝材料 做成0 3 0 5厚的铝片有序的紧穿到导换热器上 片数的多少决定与空气的接触面积 面积越大散热就越快 100W的散热面积可达1 84平方米 如果外壳设计成紧贴换热器的话 其散热面积可达2平方米 这表明散热面达到2平方米与空气进行热交换 这是其他散热器没办法比拟的 四 高效散热系统关键技术 散热机理集成LED模组的点热源通过无压真空超导换热器将热量迅速 40cm s 传导到热载体 翅片 上 然后大面积的翅片将热量散发到空气中 这样有效防止导热速度和散热不够产生的热积聚使芯片温度急剧上升而损坏光源 根据热空气循环原理在 对流腔顶盖 中形成冷空气从侧面气孔进入 热空气从顶端气孔排除的自动循环效果 从而有效带走翅片上的热量 四 高效散热系统关键技术实验样品图 五 二次光学的应用和反光罩的设计 实验样品图 反光罩 五 二次光学的应用和反光罩的设计 LED照明发光晶体发出的光线 如何照射到应照的部位控制截光性能 影响到光线的利用率和光污染两个方面的作用目前大功率矩阵LED路灯通常采用单体独立二次配光或透镜配光 无论何种配光方式都不能完全解决矩阵路灯光照均匀度差 存在光斑和光利用率低的问题 为解决上述问题 有些生产企业已经引入三次和四次配光技术 该技术不但工艺复杂 成本高 而且还有可能影响光亮度 矩阵LED路灯极难控制好截光性 基本不能将光线控制在一个单位面积内 五 二次光学的应用和反光罩的设计 实际试验和使用中 仅光罩的使用和好的设计可以有效提高光效20 以上 大功率LED集成集成封装的照明芯片 发光角度达160 灯具在设定灯杆的高度下 适当的反光罩角度和形状形成有效截光性 能把光线控制在应照射的范围 如马路纵向120 横向30 形状采用直边矩形渐开线 发射面采用电镀镜面 试验中可以测试到直射以外的光线任反光罩折射投向远灯具位置 提高照度光效和均匀度 靠发光晶体的灯罩面上设置分光板把最强的折射光投向马路纵向位置 避免发光罩上出现多个反光晶体的亮面 又能增强远灯位的照度 集成封装大功率LED照明发光罩的合适应用是提高光效改善照度均匀度的重要方式 请参考上面示意图 五 二次光学的应用和反光罩的设计 透镜光斑和配光曲线 五 二次光学的应用和反光罩的设计 集成封装LED反光罩光斑和配光曲线 五 二次光学的应用和反光罩的设计透镜配光和模块化LED反光罩配光道路照明对比 道路两侧对称排列路灯 透镜 反光罩 五 二次光学的应用和反光罩的设计透镜配光和模块化LED反光罩配光道路照明对比 道路单边排列路灯 透镜 反光罩 六 技术参数 输入电压 AC85 265V47 63HZ 功率因数 PF 0 95 电源效率 88 工作电压 DC33 35V LED功耗 100W LED光效 85Lm W 初始光通量 8500Lm 照度 E 40lux 8米杆