LED灯具设计要点

2011年12月2日,LED灯具设计要点,目录,一、LED照明设计的技术特点二、LED照明应用三、LED灯具的标准四、LED灯具设计要点五、其它厂家的灯具设计,小尺寸,多色彩,可调控,超性能,LED照明设计的技术特点,技术优势,散热设计,生产工艺,光效,照明级LED,复杂,BIN,外延片,封装,显色性,二次光学设计,视觉功效,色温,最大允许结温值,可靠性,大功率白光LED,技术劣势,LED照明设计的技术特点,LED照明设计的技术特点,LED在照明领域面临的问题：(1)发光效率。提高LED的发光效率最主要的方法是改进半导体发光材料与LED芯片的结构和制造工艺。因此要实现200流明/瓦的目标路途依然比较艰难。(2)高功率作为照明，单个LED输出的光通量必须足够大，欲加大LED的光通量，首先必须注入足够的电功率。但LED芯片的温升不能过高，否则各项性能特别是使用寿命会受到很大的影响。(3)参数离散性由于LED照明需由多个LED管组成，除了通过预选分BIN，尽量保证一致性以外，还必须设计合理的灯具结构(包括LED的排列和位置布局)和合适的驱动电路，防止烧毁部分LED，并使LED模组中整小片或整条LED熄灭，影响照明效果。(4)散热设计高温会造成电子产品绝缘性能退化、元器件损坏、材料的热老化等不良影响。白炽灯和放电光源可能不需太过考虑热能限制问题，但是，对于LED来说，将结温维持在较低的水平是非常重要。,替换光源与灯具,个性化LED灯具,半导体建筑化应用,标准化通用性替代品色温可调颜色可变（彩色光）,符合半导体元器件特性灯具形态突破传统光源限制概念时尚,与建筑构件集成终端产品系非灯具产品创新设计,LED照明应用,LED照明应用,灯具分类,LED灯具标准-国际,鉴于半导体照明技术的日益成熟以及飞速发展，国际标准化组织纷纷制定相关的标准，对半导体照明产品的安全、性能等方面的要求予以规范。其中，国际照明委员会（CIE）和国际电工委员会（IEC）在这方面起着主导作用。国际照明委员会制定的LED相关标准侧重于基础理论和测试方法方面，对整个行业都具有重要的指导作用；国际电工委员会侧重于对半导体照明器具的安全、性能及电磁兼容要求进行规定，是许多国家和地区制定本地标准的主要依据，也是企业开展生产的重要指导。,LED灯具标准-国际,国际照明委员会（InternationalCommissiononIllumination，简称CIE）是一个独立的、公益性的学术组织，致力于推动光学和照明、色彩和视觉以及图像技术领域的国际合作和信息交流.技术报告：CIE127:2007LED测量方法仅规定单一的LED的检测方法CIE177:2007白光LED的显色性评估CIE显色指数对白光LED的适用性技术标准：CEI/IEC62471:2006灯与灯系统的光生物安全性,LED灯具标准-国际,IEC于1906年成立于伦敦，是世界上最早成立的国际标准化团体，主要负责制定电气和电子领域的国际标准。目前，IEC已成立了约179个技术委员会（TC）和分技术委员会（SC），以及700个项目组（projectteams）/维护组（maintenanceteams）。在半导体照明设备领域，IEC目前的主要工作内容集中在对LED模块及其连接器的安全要求、LED控制电路安全要求、自镇流LED灯的安全及性能要求以及LED的光辐射要求等方面。此外，LED灯具还得符合IEC有关灯具的安全要求和电磁兼容要求。上述要求主要由三个技术委员会负责制定：TC34（灯和相关设备）、TC76（光辐射安全和激光设备）和CISPR（国际无线电干扰特别委员会）。以下分别对这三个技术委员会及其制定的相关标准进行简要介绍。,LED灯具标准-国际,LED灯具标准-国际,LED灯具标准-国内通用标准,LED灯具标准-日本,日本是全球重要的LED产业基地之一，也是LED技术实力最强的国家，掌握着大部分的LED高端市场。LED照明产品要进入日本市场，首先要满足电气用品安全法及其相关实施法规的要求。目前LED产品中受电气用品安全法管控的主要是电源模块，如果电源是外置的，则需依据J61347-2-13（即JISC61347-2-13）进行检测，合格之后加贴菱形PSE标志。在电磁兼容方面，则要满足J55015标准，这也是强制性的。此外，还有一些安全标准日本法规中并没有作强制性要求，如JISC8154、JISC8121-2-2、J60968、J60598系列、JISC6802等，但企业也应该参照这些标准进行生产，以保证产品的质量。在LED照明产品的性能要求方面，JISC8153规定了LED模块用交直流控制装置的性能要求,LED灯具标准-美国,美国市场对于半导体照明产品的安全要求主要体现在LED模块、控制模块、电源、灯具及相关配件上。其中，ULSubject8750为LED模块、控制模块、电源提出了详细的安全要求，此外，电源安全还可参照UL1310、UL1012或UL60950-1中的相应规定。而UL1598、UL1993、UL1574等系列UL有关传统照明设备的标准为半导体照明的终端产品提出了安全规范。如果要顺利进入美国市场，企业需要将以上要求综合进行考量。,灯具适用的标准（UL),UL8750用于灯具产品的发光二极管光源安全通则,LED灯具标准-美国,LED灯具标准-美国,灯具适用的标准-美国,能源之星（EnergyStar）推荐标准由美国环保署（EPA）所启动，目的是为了降低能源消耗及减少发电厂所排放的温室效应气体。属自愿认证，自发配合此计划的厂商，就可以在其合格产品上贴上能源之星的标签。,电磁兼容要求辐射与传导限值FCCPart18.305（47CFR18.305）和FCCPart18.307（47CFR18.307）规定了照明设备的辐射和传导限值,高效率、高可靠性,非常高的功率/性能比稳定的色彩输出LED的使用寿命改善系统的整体可靠性,LED照明设计要点,技术要点,1）LED规格色温、显色指数、色坐标、光谱（颜色）*2）LED模组设计LED的排列组合、整灯光通量3）配光设计透镜、反射器4）驱动电源适配灯具、可靠性5）控制技术智能、方便7）散热设计系统热量控制、系统散热通道、散热技术8）整灯安全要求灯具IP、装配简单、使用维护方便9）成本控制价格,LED照明设计要点-LED规格,红琥珀色绿色青色蓝色品蓝,LED照明设计要点-LED规格,白光的合成途径一、RGB合成，红光LED+绿光LED+蓝光LED合成，现在红绿蓝LED转换效率分别达到30%，13%和25%，通过进一步提高蓝绿光LED的流明效率，则白光流明效率可达到200lm/w。优点：可做高显色指数LED,要解决的主要技术难题是提高绿光LED的电光转换效率，目前只有13%左右，同时成本高。二、LED+不同色光荧光粉：1、紫外或紫光LED+RGB荧光粉来合成LED，这种工作原理类似日光灯，其中紫光LED的转换系数更高，可达80%，各色荧光粉的量子转换效率可以达到90%，2、用蓝光LED+红绿荧光粉，蓝光LED效率60%，荧光粉效率70%；还有是蓝光LED+黄色荧光粉来构成白光。,LED的性能指标-LED规格,白光的合成途径,LED照明设计要点-LED规格,LED照明设计要点-LED规格,设计中的注意事项一、采用恒流驱动:恒流驱动让LED在恒定电流的条件下工作,可在LED温度变化时，稳定电路工作电流，而不至于如恒压驱动在温度上升时，虽Vf下降造成电路电流的价格，并造成正反馈。二、LED的使用电流不能超过LED的IF电流过流的工作会使LED寿命很快下降,如果超出过多,就会马上把LED烧坏，三、LED的温度:LED使用中的Tj、回流焊时的温度、组装时的焊接温度四、LED产品的密封LED属电子产品，面临着防水、防潮的密封问题，如果处理不好就会直接影响LED产品的使用寿命。,LED照明设计要点-LED规格,五、焊接注意事项焊接温度：焊接温度在260左右,时间控制在5S以内,焊接点离胶体底部在2.5mm以上，电烙铁一定要接地。不允许模组带电作业。静电放护LED产品在加工生产的过程中要采用一定的防静电措施，如：工作台要接地，工人要穿防静电服装，带防静电环，以及带防静电手套等，有条件的可以安装防静电离子风机，同时也要保证车间的湿度在65%左右，以免空气过于干燥产生静电。,LED照明设计要点-配光设计,LED与透镜的配套透镜的LED光色与输出的光色透镜本身的物理和机械特性玻璃、PC（扩散、透明）、PMMA光学效率光束角,LED照明设计要点-配光设计,LEDs散热设计的重要性,目标1:HigherFluxLEDs.提高LED的效率提高电流(功率)更高的片/结温(Tj),目标2:高性能LEDs光学性能高可靠性依赖于片/结温(Tj),事实上LED需要能够应付三个潜在的散热源：自发热、环境温度和LED电子控制。热传模式:传导对LEDs最重要对流对LEDs次重要发散不重要好的设计是控制LED的结温Tj,LED照明设计要点-散热设计,热能模式,RQ结金属片,RQ金属片-板,RQ板环境,Pd=Vf*If,环氧板,非导电层,Board散热接口,Metal-corePCB,LED照明设计要点-散热设计,Bent(NotFlat)Plate,Airgap,LED照明设计要点-散热设计,接口阻抗要素表面的平坦度对薄板来说很差毛刺是个问题材料的接触硬度接触阻抗(跟压力有关)旋转式孔型(螺纹或者通孔)表面粗糙度空隙的变化任何提高空气间隙的因素都能提高接口阻抗。,OffCenterHoles,Q,Rct=DT/QContactResistance,InterfaceResistance,Figure1-Closeupoftwoflatplatetouchingeachother.,Figure2-MacroscopicairgapsbetweenLuxeonMCPCBandplate.,使用接口材料的影响,为了在MCPCB和散热器之间减少接口阻抗，消除空气间隙.，因此:用带平面的散热器。用刚性的材料做散热器。用带螺钉固定的散热器。接触表面要光滑。如果可能，用导热基带或者导热胶来填充间隙。注意：用导热基带或者导热胶来填充MCPCB和散热器之间的空隙非常有效。,间隙材料,间隙材料对照表GlueLoctite383k=.60W/mK*RQ=1.5C/WGlueAmiconE8502k=1.2W/mK*RQ=(seeDS)TapeBondPly105k=(seeDS)RQ=3.0C/WGreaseAOSHTC-6k=2.5W/mK*RQ=0.01C/W*Valuestakenfromdatasheets.*DSstandsfordatasheet.,其它厂家的灯具设计赏析,技术创新DriverwithSelfLearning,IGUZZINI,自我学习功能（SelfLearning）是一个新的发展方向。通