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1、LED照明設(shè)計(jì)LED照明設(shè)計(jì)CYBERNET應(yīng)用系統(tǒng)事業(yè)部 市澤俊介2009/12/17LED照明作為新一代照明受到了廣泛的關(guān)注。僅僅依靠LED封裝并不能制作出好的照明燈具。本文主要從電子電路、熱分析、光學(xué)方面對(duì)LED照明進(jìn)行介紹, 首先介紹LED照明設(shè)計(jì)。隨著近年來人們對(duì)環(huán)境關(guān)注度的提高,LED照明作為新一代照明受到了廣泛的 關(guān)注。展會(huì)上,只要是與LED照明有關(guān)的展位都是人頭攢 動(dòng),同時(shí),LED照明也更 多的出現(xiàn)在我們的日常生活中。一般家庭能夠消費(fèi)的 LED燈都是由各大照明制造商銷售的燈泡型LED燈。另外,很多公司也都陸續(xù)研發(fā)出了熒光燈型的 LED燈。在這種情況下,勢(shì)必有更多的公司參與到LE
2、D照明行業(yè)中。LED燈與白熾燈、熒光燈等傳統(tǒng)光源有著不同的特性。僅僅依靠LED封裝并不能制作出良好的照明燈具。為了設(shè)計(jì)出更好的LED照明燈具必須對(duì)LED進(jìn)行區(qū)別于傳統(tǒng)光源的正確的光學(xué)設(shè)計(jì)。本文圍繞LED照明燈具的設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹。具體來說主要是從電子電路、熱分 析、光學(xué)方面進(jìn)行說明。首先是 LED照明概要及其與迄今 為止的光源的區(qū)別。LED照明用于照明的LED大多是白色。LED照明很大程度上依賴藍(lán)光LED芯片的發(fā) 明和發(fā)光效率的提高。實(shí)現(xiàn)白光LED主要有兩種方式。一種是使用 LED芯片和熒光粉,另外一種是使用RGB 3色LED芯片。目前主要是采取第一種方式。使用熒光粉一般都是在藍(lán)色LED芯片上涂覆
3、黃色熒光粉。從 LED芯片中發(fā)出的藍(lán)色光遇到熒光粉時(shí),部分光轉(zhuǎn)換為黃色光。這部分轉(zhuǎn)換的黃色光和藍(lán)色光參雜 在一起,就變成了白色光。通過調(diào)整熒光粉的量可以控制白光 LED的色溫,因此發(fā)光顏色在制作時(shí)就已經(jīng)決定,后期不能調(diào)整。同時(shí),混合藍(lán)色光和黃色光的話,由于紅色和綠色的成分不足,造成顯色性不佳。這樣,可以通過在藍(lán)色LED芯片中參雜紅色和綠色熒光粉或者是在紫外LED芯片 中參雜RGB熒光粉,來提高其顯色性。使用RGB 3色LED芯片的優(yōu)勢(shì)在于RGB可以調(diào)整各種色度,所以不僅能夠產(chǎn)生白光,還能產(chǎn)生其他各種顏色的光。但是,LED芯片使用量增大,成本也就會(huì)上 升。LED照明的優(yōu)勢(shì)及其與迄今為止的其他光源
4、的區(qū)別接下來就LED照明與白熾燈、熒光燈等傳統(tǒng)光源的區(qū)別,從熱、電、光的特性 方面進(jìn)行分析。-熱的特性雖然LED發(fā)熱很少,但是由于LED照明中,需要使用多顆數(shù)瓦級(jí)的LED ,所以就會(huì)產(chǎn)生很高的熱量。雖然 LED效率比較高,但是高效 率僅支持在微小電流中的運(yùn) 行。大電流、高溫狀態(tài)下,效率較低。另外,熒光粉型的LED ,在轉(zhuǎn)換波長(zhǎng)的時(shí)候會(huì)損失能量,從而產(chǎn)生熱量。持續(xù)高溫就會(huì)導(dǎo)致LED芯片、熒光粉、封裝樹脂壽命降低。因 此,為了使LED的高效 率”、 長(zhǎng)壽命”的優(yōu)勢(shì)保持下去,就必須控制LED的結(jié)溫。-電的特性LED電源與白熾燈、熒光燈有很大的區(qū)別。白熾燈可以直接連接到220V的 交流電上。熒光燈雖然
5、有鎮(zhèn)流器和轉(zhuǎn)換開關(guān),但也使用220V的交流電。而LED的電源則需要直流的恒定電流,所以需要將220V的交流轉(zhuǎn)效率,因此提高電源效率換為直流。電源的效率不高將直接影響到整個(gè)照明燈具的對(duì)于提高LED照明效率來說顯得尤為重要。調(diào)節(jié)LED光的方法主要有兩種。一種是改變恒定電流,一種是改變脈沖調(diào)制。小的情況下,光束和電流基LED是電子與空穴再結(jié)合時(shí)發(fā)光,光束依賴于電流。電流本是成正比的但當(dāng)LED電流增大,熱量隨之增大,導(dǎo)致發(fā)光效率變低,光束和電流就 不成正比了。在改變脈沖占空比的方法中,由于Talbot -PI ateau效應(yīng)(反復(fù)接受瞬間閃光后,人眼會(huì)感受到反復(fù)時(shí)間內(nèi)的平均亮度,可以根據(jù)脈 沖占空比改
6、變亮度。-光特性與白熾燈和熒光燈相比,1顆LED發(fā)出的光比較少,所以需要使用多顆LED 。同時(shí),由于LED的發(fā)光面積小,亮度高,人眼直視的話 很容易眩暈。為了降低亮度,需要使用擴(kuò)散板。但是,使用擴(kuò)散板的話,光向各個(gè)方向發(fā)散,降低了光的效率。LED、白熾燈、熒光燈的配光分布各不相同。所謂配光分布是指光源的方向以及各方向的發(fā)光強(qiáng)度。即使是相同光束的光源,如果配光分布不同,照度分布也會(huì)不同。有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)本來想要照射的地方照度減小,其余部分反而照度增加的情況。要減少光的浪費(fèi),控制配光分布,需要使用透鏡和反光鏡。LED本身就具有發(fā)光面積小、光的放射范圍在半球內(nèi)、配光分布旋轉(zhuǎn)對(duì)稱等優(yōu)點(diǎn),再加上透鏡和反光鏡
7、, 就能構(gòu)成一個(gè)好的光源。其他在光源屬性中,還有光譜。LED的發(fā)光光譜集中在特定波長(zhǎng)的一個(gè)很窄的 范圍,不放射紅外線。因此,在不想使照射物變熱的時(shí)候,使用LED較好。但是,LED 自身會(huì)發(fā)熱,所以需要注意防止其導(dǎo)熱。另外還需要注意,熒光粉類型的LED ,溫度變化,色溫也會(huì)隨之變化??偨Y(jié):LED照明設(shè)計(jì)LED照明燈具備受期待的原因就是節(jié)能、使用壽命長(zhǎng)。確實(shí) ,與白熾燈相比,目前的球泡型LED燈效率更高。但是熒光燈與 LED照明燈具相比,還是熒光燈較高。這是因?yàn)?,雖然單獨(dú)的LED芯片比熒光燈效率高,但是由于發(fā)熱降低了發(fā)光效 率,交流電轉(zhuǎn)換成直流電時(shí),電源效率變低以及由于配光分布變換和使用擴(kuò)散板導(dǎo)致 光效降低,進(jìn)而造成整個(gè)LED照明燈具的效率下降。因此,為了實(shí)現(xiàn)LED的節(jié)能,長(zhǎng)壽命,必須對(duì)熱、電、光進(jìn)行各種設(shè)計(jì)。單純依 靠LED封裝并不能發(fā)揮LED的優(yōu)勢(shì)。要做與迄今為止的設(shè)計(jì)不同的設(shè)計(jì)需要些什么 ?怎樣才能找出燈具效率下降的原因?是不是即使多次返工也很難找出原因?并且還花更 多時(shí)間和成本
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