LED照明设计说明PPT推荐.ppt
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年销售量及产品周期;
同行同类产品性能的超越;
设计源于生活生活需要设计MAOSHENG_LIANG2022/11/104产品规划产品规划依产品需求和设计目标要求对产品开发进行规划;
评估光学系统、热系统和电气系统结构配合与效率产品检证计划作成设计团队的组建与分工评估研发费用产品企划作成设计源于生活生活需要设计MAOSHENG_LIANG2022/11/105光学系统效率光学系统效率评估评估评估整个照系统的主要参数有:
光通量,色温,发光效率,显色指数,光形,照度均匀度等;
其中色温和显色指数是由LED封装厂已确定,只要选用对应规格的就可以;
影响系统光通量主要因素有:
LED的用量和驱动电流以及结温还有发光效率;
LED用量评估:
设计过程中LED用量评估是最重要的评估参数之一,需要多少个LED才能满足设计目标。
其他的设计决策都是围绕LED用量展开,因为LED数量直接影响光输出、功耗和整个产品结构以及照明成本。
简单的评估方法是:
用单个LED光通量的8090%除设计目标流明;
这种方法简单。
但不是很准确,依此设计将满足不了应用的照明要求。
要准确计算所需要的数量,必须首先估计光学、热和电气系统的效率;
光学系统效率通过考察光损失估计光学系统的功效。
要估计的两种主要的光损失源为:
1.次级光学器件次级光学器件是不属于LED本身的所有光学系统,如LED上的透镜或扩散片。
与次级光学器件相关的损失根据使用的特定组件的不同而变化。
通过各次级光组件的典型光学效率在85%和95%之间。
设计源于生活生活需要设计MAOSHENG_LIANG2022/11/106光学系统效率光学系统效率评估评估2.灯具内的光损失当光线在到达目标物之前,打到灯具罩上时,就产生了灯具光损失。
某些光被灯罩吸收,有些则反射回灯具。
固定物的效率由照明的布局、灯具壳的形状及灯具罩材料决定。
如下图所示,LED光具有方向性,可达到的效率比全方向照明可能达到的要高得多。
设计源于生活生活需要设计MAOSHENG_LIANG2022/11/107对示例中的照明,如果照明需要次级光学器件,则只存在次级光损失。
次级光学器件的主要目的是改变LED的光输出图像。
曲线2将CreeXLampXP-ELED的光束角度与目标灯具的光输出图像进行了比较。
裸LED的光束角度与目标灯具的非常相似所以不需要次级光学器件。
因此,对本示例照明,不存在次级光学器件引起的光损失。
要计算灯具损失,我们假定灯具反射杯的反射率为85%,60%的光将打到反射杯上。
因此,光学效率为:
Opticalefficiency=(100%*40%)+(85%+60%)Opticalefficiency=91%光学系统效率光学系统效率评估评估设计源于生活生活需要设计MAOSHENG_LIANG2022/11/1081,热热损耗损耗:
LED的相对通量输出随着结温的上升而降低。
大多数LED数据手册都列出25下的典型光通量值,而大多数LED应用都采用较高的结温。
当结温Tj25时,光通量肯定比LED数据手册给出的值差。
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,例如如曲线3所示的XPEWHT-L1-LED。
该曲线通过选择特定相对光输出或者特定结温,给出了其它特性值。
对光输出、功效和使用寿命的优先次序进行了划分;
XPEWHT-L1LED额定为5万小时后提供平均70%的流明维持率,结温保持在80或以下。
因此XPEWHT-L1的最高合适结温为80。
对应的最小相对光通量为88%,如右图曲线所示。
88%相对光通量是对本例照明热功效估计的值;
Relativeluminousflux热系统效率热系统效率估算估算设计源于生活生活需要设计MAOSHENG_LIANG2022/11/109热系统效率热系统效率估算估算2,最高环境温度可以用下式计算最高环境温度可以用下式计算:
示例:
LED照明使用热阻为0.47/W的现成散热片。
使用这一散热片热阻值,最高环境温度可以用下式计算:
Tj=Ta+(Rthb-aPtotal)+(Rthj-spPLED)其中,Tj为LED结温,Ta为环境温度,Rthb-a为散热片的热阻,PLED为单个LED的功耗,PLED=工作电流该工作电流下的典型Vf,Ptotal=总功耗=LED数PLED,Rthj-sp=LED封装热阻。
示例中的照明的值为:
Tj(MAX)=80Rthb-a=0.47/WPLED=0.35A3.3V=1.155WPtotal=161.155W=18.48WRthj-sp=8/WTaMAX=TjMAX-(Rthb-aPtotal)-(Rthj-spPLED)=80-(0.47/W18.48W)-(8/W1.155W)=80-8.6856-9.24=62对本室内应用,对本室内应用,本本例例子子中照明的最高环境温度中照明的最高环境温度62可以接受。
对需要最高环境温度更高的工作环境,可以接受。
对需要最高环境温度更高的工作环境,既可以提高最大结温既可以提高最大结温(可能影响使用寿命可能影响使用寿命),也可以改进热系统,也可以改进热系统(Rthb-a)(例如选择更好的散热片例如选择更好的散热片)。
设计源于生活生活需要设计MAOSHENG_LIANG2022/11/1010电气损失LED驱动电子设备将可用功率源(如墙体插座交流电或电池)转换成稳定的电流源。
这一过程与所有电源一样,效率不会达到100%。
驱动器中的电气损失降低了总体照明效能,因为把输入功率浪费在发热上了,而没有用在发光上。
在开始设计LED系统时,就应考虑到电气损失。
典型LED驱动器的效率在80%到90%之间。
效率高于90%的驱动器的成本要高得多。
要注意,驱动器效率可能随输出负载而变化,如左上圖曲线所示。
应指定驱动器工作在大于50%输出负载下,以使效率最大,并使成本最低。
左上圖曲线示例的LED驱动器效率与负载的关系;
对于室内应用,驱动器效率87%的估值很好的估值很好。
室外用或使用寿命非常长的驱动器,效率可能要低一些。
电气系统效率电气系统效率估算估算评估总结评估总结下表是这次示例照明光、热和电气系统的效率。
(也是我这是对我们现在光,热,电方面能做到的效率)SystemEfficiencyTypeOptical91%LightThermal85%LightElectrical87%Power设计源于生活生活需要设计MAOSHENG_LIANG2022/11/1011光学系统光学系统选择选择-LED型号选定与用量计算现在热,光,电效率估算好好了,就可计算要达到设计目标需要的实际LED流明数。
对本计算,只使用光效率(光学和热)。
电气效率只影响总功耗和灯具效能而不影响照明的光输出量。
例例:
1.算出其工作电流算出其工作电流:
所需的实际流明=目标流明/(光学效率热效率)=300/(91%85%)=400lm工作电流LED的工作电流在确定LED照明效能和使用寿命时很重要。
增加工作电流,则各LED的光输出会变大,因而减少了所需LED用量。
不过,增加工作电流同时也带来多个缺点不过,增加工作电流同时也带来多个缺点:
1),功效降低:
根据应用的不同,考虑到每个LED流明输出值更高,这些缺点也许可以接受。
2),工作最高环境温度降低或使用寿命缩短:
电流提高会增大LED结点与LED热通道的温差(热阻).也就是说要降低了led本身可承受的led结点温度,其使用最高环境温度也下降了.相反如最高环境温度不变,在使用寿命期内,光弱会更大;
使用寿命和功效是最应优先考虑的设计目标,使用寿命和功效是最应优先考虑的设计目标,本列以XPEWHT-L1-CGEL-F0CE7数据手册所列单个LED最小工作电流(350mA)工作,以以最大限度提高最大限度提高LED功效并延长使用寿命。
功效并延长使用寿命。
2.LED数量数量整灯工作电流和单个LED工作电流确定后,就可以计算各LED的流明输出数了。
本例中的照明使用3000KCCT的XPEWHT-L1-CGEL-F0CE7,350mA时的最小光通量为90LM。
LED的数量计算如下。
LED的数量的数量=实际所需的流明数实际所需的流明数/每个每个LED的流明数的流明数400lm/90lm=4个个LED;
设计源于生活生活需要设计MAOSHENG_LIANG2022/11/1012光学系统光学系统选擇选擇-LED的连接形式LED作为驱动电路的负载,经常需要几十个甚至上百个LED组合在一起,构成发光组件,LED负载的连接形式直接关系到其可靠性和寿命。
通常有如下形式:
串联连接形式并联连接形式:
LED的混联形式总则总则:
LED的群体应用是LED实际应用的重要方式。
不同的LED连接形式对于大范围LED的便用和驱动电路的设计要求等都至关重要。
因此,在实际电路的组合中,正确选择相适应的LED连接方式,对于提高其发光的效果、工作的可靠性、驱动器设计制造的方便程度以及整个电路的效率等都具有积极的意义。
设计源于生活生活需要设计MAOSHENG_LIANG2022/11/1013连接方式优点缺点应用场地串联简单串联电路简单,连接方便,LED电流相同,亮度一致可靠性不高,电压输出高,不利于设计与制造LCD背光显示屏,就急灯带旁路串联电路较简单,可靠性较高,保证LED电流相同,发光亮度一致组件数量增加,体积加大,驱动输出电压高设计与制造困难并联简单并联电路简单,连接方便,驱运电压低可靠性较高,要考虑LED均流问题手机显示屏,手电简等独立匹配的并联可靠性较高,适应性强,驱动效果好,单个LED保掮完善电路复杂,技术要求高,占用体积大,不适用于LED数量多的场合,混联先并后串可靠性较高,驱动设计方便,总体效率较高,适用范围较广驱动设计较复杂,并联单个LED或LED串联之间要解决均流问题;
LED平面,大面积LCD显示屏,局部照明,信号灯等先串后并交叉整列可靠性较高,总体效率较高,适用范围较广驱动设计较复杂,每组并联的LED需要均流光学系统光学系统选擇选擇-LED的连接形式比较设计源于生活生活需要设计MAOSHENG_LIANG2022/11/1014光学系统光学系统设计方案选择设计方案选择LED型号与用量确定了,下一步进行考虑满足设计目标的所有设计可能。
由于每个LED都是一个小照明,其使用寿命比传统照明要长,因此LED可以与新型和非常规设计组件一起集成到照明中。
设计师可以充分利用LED光的方向性和大量可用的次级光学器件来构造原始设计。
但是也有许多的规则限制着设计的选择,要设计出不能超出LED照明,世界性的区域性标准;
LED照明主要由光学,热,电3部分组成;
在LED型号与用量的前提下对这3部分别进行设计选项一,光学系统选项1选用裸LED和现有灯具反射器如前面所述,当灯具的角度和LED的角度非常相似,选则不使用次级光学器件。
这樣使成本最低,并且系统光损最小。
使用的组件少,人力也较少,这样使照明安装更简单并且费用更低。
缺点是会出现多照明阴影效应。
另外,如果LED的光分布与目标照明的光分布差异很大,就不
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