基于Matlab仿真的大、小功率LED陣列光照度分布對比研究

1、基于Matlab仿真的大、小功率LED陣列光照度分布對比研究提綱：回顧基于Matlab仿真的LED陣列光照度分布研究的歷史和小功率仿真的情況（100字）；仿真的方法，模型的建立與參數(shù)調(diào)試，突出兩種LED最大排列間隔的計算（3,400字）；仿真實驗過程與結(jié)果（400字，插圖約12幅，2頁左右）；討論與結(jié)論要強調(diào)對實際工作的指導(dǎo)意義（300字）。正文引言LED應(yīng)用于照明領(lǐng)域具有高效率，節(jié)能環(huán)保，使用壽命長和響應(yīng)時間短等諸多獨特優(yōu)點。由于其優(yōu)點突出，利用LED作為發(fā)光單元的燈具已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于各個照明領(lǐng)域。然而，對于LED陣列的光照度分布的仿真研究卻報道不多。福建師范大學(xué)的胡海蕾等1以及河北科技大學(xué)

2、的吳淑梅等2均對該領(lǐng)域做了初步的研究探索。以往的研究對象僅僅局限于小功率LED,那么對大功率的LED而言又會有什么特點呢？本文將使用Matlab工具對大、小功率LED各自的光照度分布特點做些比較。模型建立與參數(shù)討論2.1.LED的選取本仿真選用飛利浦公司的LXK2-PWW4-T00（LunxeonK2worm-white）,該LED在1000mA測試電流下典型的光通量為80流明，功耗約為3瓦，其空間光強分布如圖13。TypicalRadiationPatternsTypicalR即resentativeSpatialRadiationPatternforWhiteLambertian/、!/1

3、/J圖1LXK2-PWW4-T00的空間光強分布圖2LED遠場照射空間光強分布示意圖通常情況下，LED單元所照射的目標(biāo)距離比起自身直徑要大得多，因此可以將LED單元簡化為一個有一定空間光強分布的點光源。其空間光強分布示意如圖21。從圖1可以看出，該LED的光強分布不是一個理想的余弦分布，該分布可以表示為i(e)=icosme0In2m二一ln(cose)當(dāng)LED照射到與其光軸方向垂直的平面時，在該平面上的光照度分布與LED的空間光強分布1當(dāng)時，1(e)二210，即近似，即E(r,e)二E(r)cosme0式中r為LED與該平面之間的距離，變換坐標(biāo)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。根據(jù)文獻1，對于小功率LED而言e二7.5。則m二81。1/22.2.LED的排列分布由于LED是一種非相干光源，因此兩個LED對平面上某一區(qū)域的光照度為其單個的疊加(多個LED同理疊加)，則有E(x,y,z)二Idm+2dm+2zmI(x)2+y2+z22+(x)2+y2+z22式中d為兩個LED之間的距離。對于小功率LED的情況，由于其視角(通常為15度)過小，因此要考慮兩個LED單元之間的距離d增加到多大時，原點附近的區(qū)域的光照度不至下降很多。根據(jù)文獻1的計算d二0.0218m。從文獻2的仿真結(jié)果來看，

5、d的取值最大確實為0.0218m,如果LED間max的距離繼續(xù)增大，中間將會出現(xiàn)暗區(qū)，影響照度的均勻性。但是對于大功率的LED，由于其光強較強同時視角可達140度3，故兩個單元并排之后會使得放置中心的總光強有所增強。LED單元重合放置d=0mLED單元放置距離d=0.1mLED單元放置距離d=0.25mLED單元放置距離d=0.5m圖3LED單元的不同放置距離對中心光強的影響從上述的仿真結(jié)果來看，隨兩個大功率LED單元放置距離的不同，在放置中心的總光強也有所不同?？偟膩碚f總光強是隨著放置距離增大而減小的。一方面盡可能提高利用率，另一方面考慮到便于散熱等實際應(yīng)用條件，本文取兩個大功率LED單元的

6、間隔d=0.1m作為仿真參數(shù)。相近功率條件下的對比仿真結(jié)果及分析本實驗采用matlab7.0軟件進行仿真。為了使模擬的結(jié)果更加符合實際的應(yīng)用情況，我們選定總功率相近條件下兩種不同功率的LED采用排列方式的情況進行仿真分析。3.1矩形陣列的大、小功率LED的光照度分布比較選取16個3W的大功率LED單元形成相互間隔為0.1m的4X4矩陣，總功率為48W。與之對應(yīng)，選取784個小功率LED陣列為相互間隔為0.0218m的28X28矩陣，總功率為0.06WX784=47W。光源與被照射面的距離分別取3米和1米，對被照射面的光照強度進行仿真。仿真的結(jié)果如圖4和圖5。aou10.80.60.4o0.20

7、10.810.20.40.6-0.41霊i:;mu:遷理: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徑大功率LED中心光照度值大功率LED光照度值下降一半的半徑圖4燈距離被照射面為3米時大小功率LED照度分布比較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徑大功率LED中心光照度值大功率LED光照度值下降一半的半徑圖5燈距離被照射面為1米時大小功率LED照度分布比較3.2圓形陣列的大、小功率LED的光照度分布比較選取12個3W的大功率LED單元形成半徑為0.1m的4X4矩陣，總功率為36W。與之對應(yīng)，選取598個小功率LED陣列為相互間隔為0.0218m的28X28矩陣，總功率為0.06WX598=35.9W。光源與被照射面的距離分別取3米和1米，對被照射面的光照強度進行仿真。仿真的結(jié)果如圖6和圖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徑大功率LED中心光照度值大功率LED光照度值下降一半的半徑圖6燈距離被照射面為3米時大小功率LED照度分布比較小功率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徑大功率LED中心光照度值大功率LED光照度值下降一半的半徑圖7燈距離被照射面為1米時大小功率LED照度分布比較3.1球面陣列的大、小功率LED的光照度分布比較選取8個3W的大功率LED單元形成相互間隔為0.1m的4X4矩陣，總功率為24W。與之對應(yīng)，選取400個小功率LED陣列為相互間隔為0.0218m的28X28矩陣，總功率為0.06WX400=24WO光源與被照射面的距離分別取3米和1米，對被照射面的光照強度進行仿真。仿真的結(jié)果如圖8和圖9。3210-1-23210-1-2小功率LED中心光照度值小功率LED