led灯设计的原则和关键因素
一、LED灯具设计的原则
恒流和降压是LED工作时使用的电流和电压。设计时要注意工作环境,灯具材料和散热方式的选择,LED芯片的封装,散热器的设计,这些都要综合考虑。
二、LED灯具的设计理念
LED灯的设计理念有两种:一种是2008年飞利浦公司提出根据环境的需求来设计灯具,称为场景照明,另一种是2009年卡西欧公司提出根据人的需求来设计灯具,称为心情照明。
三、LED灯具设计的关键因素
1.散热是LED灯设计的关键。
一般led常被称为冷光源,因为led的发光原理是电子复合后直接发射光子,不需要加热。然而,由于焦耳热,LED发出的光带有热量。与传统光源不同的是,钨灯等传统光源将热量集中在灯丝上,而LED光源的热量集中在发光二极管的PN结表面。相比较而言,钨灯的散热面积还是比PN结界面大很多,甚至PN结面可以看成1个点,LED照明产生的热能全部集中在一个点上。在工程设计中,以“面”的形式产生的热量,可以通过热沉或自行增加热对流空间来处理,而“点”热源的散热处理更为复杂和困难。处理不当容易导致PN结表面因高热大电流而击穿损坏,器件长时间处于高热状态也会影响产品的使用寿命。
另一方面,为了提高LED芯片的亮度性能,需要对单位LED施加更大的功率,同时灯具的设计会采用更多的LED同时运行,这将在灯具中产生大量的热量。当单个LED管芯的亮度增加时,功耗也从0.1W增加到1、3甚至5W。根据LED光源模型的测量结果,由于发光效率的提高,封装模块的热阻也会增加。
LED不同于白炽灯、荧光灯等传统照明光源。过高的温度会缩短甚至终止其使用寿命。单个LED模组的原始寿命为20000-40000小时,由于功率和散热不佳,可能会减少到只有2000小时。而且LED是温敏器件,温度升高发光效率急剧下降。因此,系统的结构设计和散热技术的发展是LED灯具设计中迫切需要解决的问题。
2.2的二次配光设计。LED灯非常重要。
光源在空间各个方向的光强分布就是光分布。为了使LED芯片发出的光更好的输出,得到最大的利用,并满足照明领域的设计要求,需要对LED的光学系统进行设计。其中,封装过程中的设计称为初级光学设计。使用LED发光器件时,整个系统的发光效果和光强、色温的分布设计称为二次光学设计,也叫二次配光。
LED灯的二次配光设计对最终的照明设备和工程性能起着至关重要的作用。一是部分光线达不到有效光照范围,造成能量损失,需要二次配光,提高光能利用率;其次,封装后像面照度分布的均匀性达不到设计要求,各点照度值难以大于要求的最小照度值,这就需要LED灯的二次配光设计。
3.3的可靠性。LED照明系统是基础。
LED光源,有人称之为长寿命灯。作为固态发光器件,其理论寿命应该在654.38+万小时以上,使用寿命比传统光源要长得多。因此可以用在一些难以更换和维护的场合,维护成本可以大大降低。但目前很多实际应用中看不到这种优势。相反,用户看到的是光衰严重,使用寿命短,有的不到10000小时就坏了。
4.室内LED灯的显色与眩光。
有业内专家评价,当有30%左右的人在家里使用LED灯管和灯杯的时候,才是LED真正的全盛时期。换句话说,LED在室内照明的广泛应用才是LED产业真正的春天。不言而喻,室内照明设计的好坏直接影响着人们的日常生活和工作。除了LED灯的成本难以被大众接受的问题,人类在LED光源下工作生活的健康舒适才是室内LED灯的核心问题。这主要包括LED灯的显色性和眩光。
人眼对色差的敏感度远高于对光强的敏感度。所以对于照明来说,光源的显色性往往比发光效率更重要。目前白光LED一般采用蓝光LED叠加蓝光激发的黄色钇铝石榴石(YAG)荧光粉合成白光。由于其发光光谱只含有蓝色和黄色光谱,存在色温高、显色指数低的问题,不符合普通照明的要求。因此,添加适量的红色荧光粉并保持较高的发光效率是LED白光照明的重要课题。另外LED照明的眩光太强,从远处看只有一部分照进眼睛里,太刺眼了。这也是一个亟待解决的技术问题。
另外,对于LED灯来说,电源、光源、驱动电路都是非常重要的部件,也是非常关键的技术。但笔者更倾向于将二者分开,不认为这是LED灯的关键技术。