基于Matlab仿真的大、小功率LED阵列光照度分布对比研究

1、基于Matlab仿真的大、小功率LED阵列光照度分布对比研究提纲：回顾基于Matlab仿真的LED阵列光照度分布研究的历史和小功率仿真的情况（100字）；仿真的方法，模型的建立与参数调试，突出两种LED最大排列间隔的计算（3,400字）；仿真实验过程与结果（400字，插图约12幅，2页左右）；讨论与结论要强调对实际工作的指导意义（300字）。正文引言LED应用于照明领域具有高效率，节能环保，使用寿命长和响应时间短等诸多独特优点。由于其优点突出，利用LED作为发光单元的灯具已经广泛地应用于各个照明领域。然而，对于LED阵列的光照度分布的仿真研究却报道不多。福建师范大学的胡海蕾等1以及河北科技大学

2、的吴淑梅等2均对该领域做了初步的研究探索。以往的研究对象仅仅局限于小功率LED,那么对大功率的LED而言又会有什么特点呢？本文将使用Matlab工具对大、小功率LED各自的光照度分布特点做些比较。模型建立与参数讨论2.1.LED的选取本仿真选用飞利浦公司的LXK2-PWW4-T00（LunxeonK2worm-white）,该LED在1000mA测试电流下典型的光通量为80流明，功耗约为3瓦，其空间光强分布如图13。TypicalRadiationPatternsTypicalR即resentativeSpatialRadiationPatternforWhiteLambertian/、!/1

3、/J图1LXK2-PWW4-T00的空间光强分布图2LED远场照射空间光强分布示意图通常情况下，LED单元所照射的目标距离比起自身直径要大得多，因此可以将LED单元简化为一个有一定空间光强分布的点光源。其空间光强分布示意如图21。从图1可以看出，该LED的光强分布不是一个理想的余弦分布，该分布可以表示为i(e)=icosme0In2m二一ln(cose)当LED照射到与其光轴方向垂直的平面时，在该平面上的光照度分布与LED的空间光强分布1当时，1(e)二210，即近似，即E(r,e)二E(r)cosme0式中r为LED与该平面之间的距离，变换坐标得zmI0E(x,y,z)=m+2(x-X)2+

4、(y一Y)2+z22代入LXK2-pww4-T00的e丁70。可以求得m二0.646。根据文献1，对于小功率LED而言e二7.5。则m二81。1/22.2.LED的排列分布由于LED是一种非相干光源，因此两个LED对平面上某一区域的光照度为其单个的叠加(多个LED同理叠加)，则有E(x,y,z)二Idm+2dm+2zmI(x)2+y2+z22+(x)2+y2+z22式中d为两个LED之间的距离。对于小功率LED的情况，由于其视角(通常为15度)过小，因此要考虑两个LED单元之间的距离d增加到多大时，原点附近的区域的光照度不至下降很多。根据文献1的计算d二0.0218m。从文献2的仿真结果来看，

5、d的取值最大确实为0.0218m,如果LED间max的距离继续增大，中间将会出现暗区，影响照度的均匀性。但是对于大功率的LED，由于其光强较强同时视角可达140度3，故两个单元并排之后会使得放置中心的总光强有所增强。LED单元重合放置d=0mLED单元放置距离d=0.1mLED单元放置距离d=0.25mLED单元放置距离d=0.5m图3LED单元的不同放置距离对中心光强的影响从上述的仿真结果来看，随两个大功率LED单元放置距离的不同，在放置中心的总光强也有所不同。总的来说总光强是随着放置距离增大而减小的。一方面尽可能提高利用率，另一方面考虑到便于散热等实际应用条件，本文取两个大功率LED单元的

6、间隔d=0.1m作为仿真参数。相近功率条件下的对比仿真结果及分析本实验采用matlab7.0软件进行仿真。为了使模拟的结果更加符合实际的应用情况，我们选定总功率相近条件下两种不同功率的LED采用排列方式的情况进行仿真分析。3.1矩形阵列的大、小功率LED的光照度分布比较选取16个3W的大功率LED单元形成相互间隔为0.1m的4X4矩阵，总功率为48W。与之对应，选取784个小功率LED阵列为相互间隔为0.0218m的28X28矩阵，总功率为0.06WX784=47W。光源与被照射面的距离分别取3米和1米，对被照射面的光照强度进行仿真。仿真的结果如图4和图5。aou10.80.60.4o0.20

7、10.810.20.40.6-0.41霊i:;mu:迁理:UK；.；：-0.6-0.8-0.8-0.6SOO10.80.60.40.45Y:00.2z：1I10.810.20.40.6-0.41二二;：:-:B;:阿i牒Hi-ViiiW：!：iinis：K!-0.4-0.6-0.8-0.8-0.6小功率LED中心光照度值小功率LED光照度值下降一半的半径大功率LED中心光照度值大功率LED光照度值下降一半的半径图4灯距离被照射面为3米时大小功率LED照度分布比较0.80.60.40.31-0.411Z:78.22ffluuI0.20.40.60.8:itTTTTti娜:曲.：:0.6-0.8-

8、1U80.6-0.4-0.2小功率LED中心光照度值小功率LED光照度值下降一半的半径大功率LED中心光照度值大功率LED光照度值下降一半的半径图5灯距离被照射面为1米时大小功率LED照度分布比较3.2圆形阵列的大、小功率LED的光照度分布比较选取12个3W的大功率LED单元形成半径为0.1m的4X4矩阵，总功率为36W。与之对应，选取598个小功率LED阵列为相互间隔为0.0218m的28X28矩阵，总功率为0.06WX598=35.9W。光源与被照射面的距离分别取3米和1米，对被照射面的光照强度进行仿真。仿真的结果如图6和图7。21.510.51-0.511.51.520.511-0.51

9、.5X：oY:0Z:151.9：呦!1梟?:出：=：ir：；!：小功率LED中心光照度值21.510.511.50.511X:0.72Y:0Z:77.121-22IbimHhiiiffi.-.-0.5-0.5小功率LED光照度值下降一半的半径大功率LED中心光照度值大功率LED光照度值下降一半的半径图6灯距离被照射面为3米时大小功率LED照度分布比较小功率LED中心光照度值issninE；.:.:X:0.76Y：0Z:85.16-2-1.5-1-0.50gurcfl；0.5-0.5-1.50.511.52嘗:i.i?2小功率LED光照度值下降一半的半径大功率LED中心光照度值大功率LED光照度值下降一半的半径图7灯距离被照射面为1米时大小功率LED照度分布比较3.1球面阵列的大、小功率LED的光照度分布比较选取8个3W的大功率LED单元形成相互间隔为0.1m的4X4矩阵，总功率为24W。与之对应，选取400个小功率LED阵列为相互间隔为0.0218m的28X28矩阵，总功率为0.06WX400=24WO光源与被照射面的距离分别取3米和1米，对被照射面的光照强度进行仿真。仿真的结果如图8和图9。3210-1-23210-1-2小功率LED中心光照度值小功率LED