LED灯具设计程序

一个典型的LED灯具设计范例，其中包括了电学、热学以及光学的模拟计算。大功率LED光源打算了大功率LED灯具的最终光通量，因此，选择高质量的适配光源是灯具的根底。LED芯片的研发固然重要，但灯具的设计和研发同样不容无视。大型照明灯主体照明光学系统的构造设计包括以下三种设计：①芯片外加光学系统得到适宜应用的一次光学设计，它由LED器件的生产商完成。②将一次光学设计的单只LED装入一个量身定做的透镜中，得到需要的定向光束，这就是所谓的二次光学设计，得到满足单只光学需求的LED组件。③将假设干个二次设计完成的LED组件合并成一个有相当规模、满足照明要求配光曲的灯具，这就是LED的三次光学设计。LED光源的产品中，大多数产品，例如路灯、光柱、草坪灯、地埋灯、装饰灯等，均是用市电供电，这就要求在这些灯具中设置AC／DC转换电路，以适应LED电流驱动的特用一个电源接人点，因此每根光柱内要设置一个既能独立工作又能相互对接的独立电源。这个电源既要有确定的供LED失去LED节能的优点。另外，本钱低也格外重要，可选择开关电源、高频电源、电容降压后。制作可以放置在E-27LED的供电格外安全90LED85～240V的工作电压范LEDLED光源牢靠性和适应性的一个重要组成局部，必需慎重考虑。LEDLED器件的牢靠性，作为半导体器件，LED的失效模式争论对评估LED光源的寿命格外重要。LED器件同样符合“浴盆曲线”这一失效规律，因此如何筛选早期失效器件——即“加速”寿命试验方法的争论显得尤为重要。提高LED发光效率，改善散热特性，是LED光源进展中必需解决的问题之一，与此同时，在行业协同下开展LED牢靠性争论，标准器件老化筛选标准，是解决LED光源在应用中遇到的一些问题的有效途径之一。确定照明需求和设计目标设计目标是基于现有灯具的性能，或是基于应用的照明需求。LED照明必需满足或超过目标应用的照明要求。因此，在建立设计目标之前就必需确定照明要求。对于某些应用，存照明灯具供给的技术参数，可获得各种灯具的关键特性，由此确定现有照明的特性。照明要求确定好了之后，就可以确定LED照明的设计目标了。设计目标应依据应用照明(BOM)本钱和使用寿命。估量光学系统、热系统和电气系统的效率设计目标会对光学、热和电气系统产生限制，依据这些限制对各系统的效率进展估量，LED是需要多少只LED才能满足设计目标。其他的设计决策都是围绕LEDLED数量直接影响到光输出、功耗以及照明本钱。查看LED数据手册列出的典型光通量，用该参数除以设计目标所需的流明值，依据此LED结温。要准确计算所需要的数量，必需首先估量光学、热和电气系统的效率。光学系统效率通过分析光损失估量光学系统的效率。要分析的两种主要光损失为：LEDLED上元件的典型光学效率在85％～90％之间。假设照明需要次级光学器件，则存在次级光损失。及灯具罩的材料打算。LED光具有方向性，可到达的效率比全方向照明光源可能到达的要高得多。次级光学器件的主要目的是转变LED4—20将CreeXIampXR—ELED的光束角度与目标灯具的光输出图像进展了比较。裸LED的光束角度与目标灯具的格外相像85％，60％的光将打到反射杯上。因此，光学效率为：η=(100％×40％)+(85％×60％)=91％热损失LEDI,ED25℃下的典型光通量值，而大多数LED应用都承受较高的结温。当结温Tj>25℃时，光通量确定比LED数据手册给出的值低。LED数据手册中有一个曲线，给出了相对光输出与结温的关系，XLampXR—E白色LED结温对应光通量削减曲线，如图4—21所示。该曲线通过选择特定相对光输出或特定结温，给出了其他特性值。XLampXR—ELED50000h70％的流明维持率，结温保持在80℃以下，因此，最高适宜结温为80℃85％，如图4—21所示。85％相对光通量是比照明热成效的估量值。电气损失LED(如墙体插座沟通电或电池)转换成稳定的电流源。这一过程与全部电源一样，效率不会到达100％。驱动器中的电气损失降低了总体照明效率，由于有局部LED损失。典型LED80％～9090％的驱动器的本钱要高得多。驱动器效率可能随输出负载而变化，如图4—2250％输出负载下，以使其效率最大、本钱最低。对于室内应用，驱动器效率为87％的估值较好。室外用或格外长的使用寿命的驱动器，效率可能要低一些。LED数量实际需要的流明量依据设计目标和估量的损失程度，可以计算满足设计目标的LED数量。全部系统效率估算好之后，就可计算要到达设计目标需要的实际LED流明数。因电气效率只影响总功耗和灯具效率，而不影响照明的光输出量。实际流明BsBs=BM/(ηGxηR) (4—6)式中，BsBMηGηR(2)工作电流另一个需要确定的是LED的工作电流，LED的工作电流对确定LED照明的效率和使用寿命很关键。因增加工作电流，则各LEDLED数量。而增加工作电流同时也带来了多个缺点：①工作电流提高，LED在寿命期内的光输出会下降，一般电源尺寸大小将随着工作电流的提高而增大，由于产生一样的流明数需要的功率更大。②最高环境温度降低或使用寿命缩短LED结和LED热通道的温差，高环境温度不是降低而是上升，则在LED的使用寿命期内，光输出下降会更快。依据应用的不同，考虑到每个LED流明输出值会更高，这些缺点是可以承受的。使用寿命和成效是应优先考虑的设计目标，XLampXR-E1wLED350mA，承受该值可最大限度提高LED成效并延长使用寿命。(3)LEDLEDLED的热损失已经在实际需要的流明数计算中考虑到了，故可以直接使用LED供给商供给的技术参数。在设计中应使用LED技术参数中的最小光通量LED技术参数中给出的典型值。依据此最小光通量来设计，可确保设计能满足目标要求。假设使用4000KCCT的XLampXR-ELED，350mA67.2lm。LED的数量SLEDSLED=Bs／BD=10501m／67.2lm=16只式中，SLEDLED的数量；BsBD每只LED的流明数。选择最正确设计LED数量计算好之后，应考虑满足设计目标的全部设计可能。由于每只LED都是一个照明光源，比传统照明的使用寿命要长很多，因此LED可以与型和格外规设计元件一起集成到照明系统中。设计中可以充分利用I,ED光的方向性和大量可用的次级光学器件来完善初步设计。光学系统选项LED的整体设计流程中应当是优先考虑的一环节。常用反射式LED二次光学设计有：①LED二次光学器件的主要优点是能保证高的灯具效率，构造相对简洁、安装便利。反射器的设计主要是利用各种二次曲线独立或组合成反射器母线的银，铝或铬等材料。这种构造中有接近50％的光线是直接射出，而经过反射面反射的光线也能通过膜层反射率的把握减小吸取损失，因此反射式器件能实现较高的灯具效率。但LED是向半空间发光的光源，一般构造反射器对光源包络角有限，不易实现宽角度位置增大反射器包络角。前一种解决方法需要优化灯具底座构造和LED发光阵列的协作，足配光要求。镜的二次光学设计。配光透镜的功能是在路面产生矩形的亮度均匀的照明光斑。现有LED终的矩形光斑就打算了配光透镜必需是自由曲面的光学透镜前后的变换方程，并求解得到配光透镜出光面的具体形式。③反射和折射相结合的二次光学设计增加反射器，以对LED光通量进展充分有效的收集和利用。另外，一种非球面的复眼透镜的，反光杯收集光线并将其调制为相对平行的光束后再由复眼透镜将光以确定角度发散出去，这种构造机理明确，能到达均匀舒适的照明效果。光设计软件。照明工程设计软件的作用是依据已有的标准化灯具制定一套最正确的使用方案，为用户供给最好的视觉需求。目前，常见的照明工程设计软件有DIALux、OxyTech等；灯具配光设计软件的作用是依据光源的特点以及期望的光学效果设计出相应的光学器件。以LED灯具为例，LED①裸LEDCFL灯具的角度和LED的角度格外相像，因此，假设选也较少，可使照明系统组装更简洁并且费用更低。其缺点是会消灭多照明阴影效应，假设LED的光分布与目标照明的光分布差异很大，就不能承受此方法，而应承受次级光学器件。②带有次级光学器件的LEDLED初级光学器件外附加的光学元件，用于对LED(光从某个外表反射回)或折射()以通过购置标准件、现成的零件或用照明模型通过光线跟踪模拟来设计定制。LED使用一个次级光学器件，各LED的光束角度就可以定制，从而得到所需的准确光图像输出。例如，可以缩小各LED的光束角度，可优化点照明。承受次级光学器件存在以下缺点：·由于增加了元件并且装配较简洁，所以照明的本钱较高；·由于光学器件连接到各LED上，可能照旧存在多照明阴影；·次级光学器件会降低光学系统的成效。LED都使用一个光学器件，整个LED阵列可以使用一个漫射器来传播光。这种方法的优点是光束角度比裸LED照度分布、多源阴影效应和美观度通常也打算了光学系统的选择。常见的LED用光学器件形式有反光杯和透镜，各有优点和局限性，应当依据需要来选择。相比于反光杯，透镜对光的损耗要大，而且透镜还存在色散问题；但是，在处理小角度20。以下)的配光需求时，反光杯会显得很笨拙，而透镜则比较简洁5．LEDDOE制订的争论打算是将商用照明领域的SS301／W提高到1501m／WSSLSLL4英寸、相关色温(CCT)3000K的照明装置，5001m35lm／W。使用一种常见的暖白色LEDLED3000K350mA3.8V的最大正向压降。在测试条件下，LED25℃，电流脉冲作用时间为25ms。在实际工作过程中，LED的结温将会依据照明器材的热设计效果上升到某个稳定值。对于任何LED60％下的LED的亮10LED54lm器的能效考虑在内，那么可以计算出最差状况下的能效为33.2lm/W。这一结果能够满足当前能源之星打算的要求。隔离型驱动器的选择对于提高整个照明装置的能效也发挥了重要作用格和性能二者之间的权衡选择问题。线性驱动器的价格是最低的，但是其能效处于50％～60％的范围之间。开关式驱动器的能效是最高的，一般在80％～85％之间。要想实现更高的能效，就需要更简洁的电路，因此驱动器的