LED灯具知识教程.ppt

LED灯具知识培训教程 设计札记网提供，欢迎我网参观，呵呵,目 录,灯具术语和定义 照明的基本概念 照明术语及颜色和波长 灯具的防护等级 灯具的符号说明 标记灯具的解释 照明灯具分类 灯具基本安规知识 LED灯具的结构 常见LED灯具灯头 温度对LED灯具的影响 推动LED产业的国家政策及前景 LED一些成品灯具的主要参数 LED日光灯节能及参数对比,LED与传统照明成本分析 LED寿命分析 影响LED灯具品质的几大因素 灯具主要电性参数 公司LED灯具未来主推产品 LED封装形式 LED灯具热设计及热管理 设计高功率LED灯具的指导原则 先散热片做LED灯具的原则 LED灯具 常用的一些热设计结构 LED灯具常用二次配光光杯及透镜 LED灯具透镜材料，一次配光及二次配光 LED透镜的应用及生产 LED灯具电源分类,灯具术语和定义,I类灯具 class I luminaire 灯具的防触电保护不仅依靠基本绝缘，而且还包括附加的安全措施，即易触及的导电部件连接到设施的固定布线中的保护接地导体上，使易触及的导电部件在万一基本绝缘失效时不致带点。 II类灯具 class II luminaire 灯具的防触电保护不仅依靠基本绝缘，而且具有附加安全措施，例如双重绝缘或加强绝缘，没有保护接地或依赖安装条件的措施。 III类灯具 class III luminaire 防触电保护依靠电源电压为安全特低电压（SELV），并且不会产生高于SELV电压的灯具。 等效安全特低电压控制装置 safety extra-low voltage-equivalent controlgear 输出电压时安全特低电压，其输出端与电源及其连接导体之间具有隔离和强化绝缘或双重绝缘的LED模块用电子控制装置。,初始光效/光通量 initial luminous efficacy/luminous flux 灯的初始光通量可由制造商或销售商宣称，但其实测值应不低于标称值的90% 寿命 life 一只成品LED灯（模块）从燃点至“烧毁”或LED灯（模块）工作至低于本标准中所规定的寿命性能的任一要求时的累积时间。 平均寿命（50%照明LED模块失效时的寿命）：LED灯（模块）的光通维持率达到本标准的要求并能继续燃点至50%的LED灯（模块）达到单只LED灯（模块）寿命时的累积时间。平均寿命应不低于25000h。 光通维持率：模块在规定的条件下燃点，在寿命期间内一特定时间的光通量与该模块的初始光通量之比，以百分比数表示。 开关测试：在额定输入电压下，将灯开启和关闭各X秒，循环重复进行X次，在试验结束后灯应能正常工作15min。 结温 junction temperature Tjunc p-n结的温度。 单位：,照明的基本概念,照明术语,光通量() : 点光源或非点光源在单位时间内所发出的能量,其中可产生视觉者(人能感觉出来的辐射通量)即称为光通量。光通量的单位为流明(简写lm),1流明(lumen或lm)定义为一国际标准烛光的光源在单位立体弧角内所通过的光通量。例如一个100瓦（W）的灯泡可产生1,750lm，而一支40W冷白日光灯管则可产生3,150lm的光通量。根据定义，1lm为发光强度（l）1cd的均匀点光源在1球面度立体角内发出的光通量。 光照度： 可用照度计直接测量。光照度的单位是勒克斯，是英文lux的音译，也可写为lx。被光均匀照射的物体，在1平方米面积上得到的光通量是1流明时，它的照度是1勒克斯。 发光强度： 简称光强，国际单位是candela（坎德拉）简写cd。Lcd是指光源在指定方向的单位立体角内发出的光通量。光源辐射是均匀时，则光强为I=F/，为立体角，单位为球面度（sr）,F为光通量，单位是流明，对于点光源由I=F/4 。左右。,光亮度： 表示发光面明亮程度的，指发光表面在指定方向的发光强度与垂直且指定方向的发光面的面积之比，单位是坎德拉/平方米。对于一个漫散射面，尽管各个方向的光强和光通量不同，但各个方向的亮度都是相等的。电视机的荧光屏就是近似于这样的漫散射面，所以从各个方向上观看图像，都有相同的亮度感。 光 效：光源发出的光通量除以光源的功率。它是衡量光源节能的重要指标。单位：每瓦流明（Lm/w）。 显色性：光源对物体呈现的程度，即颜色的逼真程度。常称“显色指数”单位：Ra。 色 温：以绝对温度开尔文（K ）来表示，即将一标准黑体加热，温度升高到一定程度 时颜色开始由深红 - 浅红 - 橙黄 - 白 - 蓝，逐渐改变，某光源与黑体的颜色相同时， 我们将黑体当时的绝对温度称为该光源之色温。 光源色温不同，光色也不同：色温在 3000k 以下有温暖的感觉，达到稳重的气氛； 色温在 3000k-5000k 为中间色温，有爽快的感觉；色温在 5000k 以上有冷的感觉 光束角：通常称角度，指于垂直光束中心线之一平面上，发光强度等于50%最大发光强度的二个方向之间的夹角 。,可参照此图理解各专业术语,颜色和波长,光的颜色是否可以看见是由它的波长决定，光的波长是以纳米（nm）为单位。发光二极管发出的光几乎都是一致的也就是说它几乎都是在一个波长，发出非常纯的颜色。可见光的波长范围为380nm780nm，以下是光的颜色和它的波长： 中红外线红光： 4600nm - 1600nm -不可见光 低红外线红光： 1300nm - 870nm -不可见光 850nm - 810nm -几乎不可见光 近红外线光:（780740nm）,红色光： 630nm - 620nm - 橙红 （公司生产） 橙色光： 605nm - 琥珀色光（市场用580-595代替） 绿 色 ： 525nm - 纯绿色 （公司生产） 蓝 色： 470nm - 460nm-鲜亮蓝色；（公司生产） 450nm - 纯蓝色 ； （公司生产） UV-A型紫外线光： 370nm -几乎是不可见光，受木质玻璃滤 光时显现出一个暗深紫色。,灯具的防护等级 (IP表示防护，后面第1个数字表灯具防尘，第2个数字表示灯具防水),灯具的符号说明,照明灯具的分类,照明灯具的分类方法繁多，如按用途分类、按CIE推荐的根据光通量分配比例分类和按防尘、防潮、防触电等级分类等。其中，按用途分类已在消费者指南分册中描述外，其余分类法将在本分册内加以叙述。 按国际照明委员会（CIE）推荐的灯具分类（室内照明） 根据国际照明委员会(CIE)的建议，灯具按光通量在上下空间分布的比例分为五类：直接型、半直接型、全漫射型（包括水平方向光线很少的直接间接型）、半间接型和间接型。,(1) 直接型灯具(direct lighting luminaire) 此类灯具绝大部分光通量（90-100%）直接投照下方，所以灯具的光通量的利用率最高。 (2) 半直接型灯具(simi-direct lighting luminaire) 这类灯具大部分光通量（60-90%）射向下半球空间，少部分射向上方，射向上方的分量将减少照明环境所产生的阴影的硬度并改善其各表面的亮度比。 (3) 漫射型或直接间接型灯具(diffused lighting luminaire) 灯具向上向下的光通量几乎相同（各占40%-60%）。 最常见的是乳白玻璃球形灯罩，其他各种形状漫射透光的封闭灯罩也有类似的配光。这种灯具将光线均匀地投向四面八方，因此光通利用率较低。 (4) 半间接灯具(simi-indirect lighting luminaire) 灯具向下光通占10%-40%，它的向下分量往往只用来产生与天棚相称的亮度，此分量过多或分配不适当也会产生直接或间接眩光等一些缺陷。 上面敞口的半透明罩属于这一类。它们主要作为建筑装饰照明，由于大部分光线投向顶棚和上部墙面，增加了室内的间接光，光线更为柔和宜人。 5) 间接灯具(indirect lighting luminaire) 灯具的小部分光通（10%以下）向下。设计得好时，全部天棚成为一个照明光源，达到柔和无阴影的照明效果，由于灯具向下光通很少，只要布置合理，直接眩光与反射眩光都很小。此类灯具的光通利用率比前面四种都低。,灯具安规基本知识,CCC认证：即是“中国强制认证”，其英文名称为“China Compulsory Certification”，缩写为CCC。CCC认证的标志为“CCC”，是国家认证认可监督管理委员会根据强制性产品认证管理规定（中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局令第5号）制定的。 CCC认证对涉及到的产品执行国家强制的安全认证。 CE认证：“CE”标志是一种安全认证标志，被视为制造商打开并进入欧洲市场的护照。CE代表欧洲统一（CONFORMITE EUROPEENNE）。凡是贴有“CE”标志的产品就可在欧盟各成员国内销售，无须符合每个成员国的要求，从而实现了商品在欧盟成员国范围内的自由流通。,LED灯具结构,LED灯具是由光源，灯具标准接口，散热器，光学系统，驱动电源5部份构成；,温度对LED的影响,由于LED的光电参数受温度的影响很大。通过对大功率白光LED发光效率进行研究，得出温度对节电压和LED发光效率的影响。电压的升高，意味着PN结温度升高，随着温度的升高，壁垒中辐射复合几率降低，从而降低了发光效率；电流的升高，使更多的非平衡载流子穿过势垒，降低了发光效率。LED工作时，过高的工作温度或者过大的工作电流都会产生明显的光衰，如果LED工作温度超过芯片的承载温度，这将会使LED的发光效率快速降低，产生明显的光衰，并且对LED造成永久性破坏。,影响LED灯具品质的几大因素,一、散热 LED灯管的热量累计不仅影响LED的电气性能，还可能最终导致LED失效。因此，为了保证LED灯的寿命，散热成为白光LED应用的一个关键技术，减少或者迅速耗散LED产生的热量成为白光LED在应用设计方面的首要问题。 二、光源材质 LED属于点状光源，如果使用较差的LED，那么LED在工作过程中会放出大量的热量,使管芯结温迅速上升,LED功率越高,发热效应越大.LED芯片温度的升高将导致发光器件性能的变化与电光转换效率衰减,严重时甚至失效。 三、驱动电源 LED电源的质量直接制约了LED产品的可靠性 ，因此，国际市场上国外客户对LED驱动电源的效率转换、有效功率、恒流精度、电源寿命、电磁兼容的要求都非常高，因为电源在整个灯具中的作用就好比像人的心脏一样重要。,四、驱动电流 LED在其电流极限参数范围内流过LED的电流越大，它的发光亮度就越高.即 LED的亮度与它的工作电流成正比.但如果流过LED的电流超出极限参数范围,LED 就会出现饱和,不仅使发光效率大幅降低,而且使用寿命也会缩短 五、光线分布处理 LED是一个方向性的点光源，如何创造性地应用LED的这个特点，营造一个舒适的光环境是LED灯光学设计技术的核心。LED光源本身一般会有透镜或者透射材料，用于提高光线出射效率，同时满足出光约120度的配光分布，一般称为一次光学设计。但是为了满足室内照明的各种需求，需要将光根据需要重新分配，采用何种方式将LED发出的光进行二次分配，以达到舒适的光环境，也是影响LED品质的重要因素。,灯具主要电性参数,输入电压： 即LED灯具正常工作所需要的电压值，根据不同的国家有着不同的输 入电压值，我们通常指的民用全电压就是AC85264V。 输入功率： 输入功率是指各类用电器件的输入电压和输入电流的乘积，即电源或 电网给各类用电器件提供电能的功率。 单位瓦特（W） Pi（输入功率） =Vin（输入电压）*Ii（输入电流） 功率因数： 又称为功率因子，英文缩写PF(Power Factor),是有功功率与视在功 率的比值。功率因数在一定程度上反映了电能得以利用的比例，是合理 用电的重要指标。,恒流精度： 恒流精度意指当驱动电源的输入电压在一定范围内变化时，输出电流波动值与 额定输出电流之比，通常用百分数来表示.如某LED驱动电源额定输出电流0.45A, 当输入电压在AC80264V变化时，测得输出电流在0.43-0.45之间变化,那么恒流 精度=(0.45-0.43)0.450.045 =4.5%.恒流精度越高,则LED工作越稳定,反之,则 会出现频闪现象，更为严重的还会导致LED失效。 电磁兼容： 电磁兼容（EMC）是指设备或系统在所处的电磁环境中能正常工作并且不对 该环境中任何其他事物构成不能承受的电磁骚扰的能力（如导致收音机无法正常 播放、导致电视画面出现杂迅等现象）。,推动LED产业的国家政策,1、2008年，财政部、国家发改委联合发布高效照明产品推广财政补贴资金管理暂行办法，将重点支持高效照明产品替代在用的白炽灯和其他低效照明产品，主要包括普通照明用自镇流荧光灯、三基色双端直管荧光灯(T8、T5型)和金属卤化物灯、高压钠灯等电光源产品，半导体(LED)照明产品，以及必要的配套镇流器。国家采取间接补贴方式进行推广，即统一招标确定高效照明产品推广企业及协议供货价格，财政补贴资金补给中标企业，再由中标企业按中标协议供货价格减去财政补贴资金后的价格销售给终端用户。暂行办法规定，大宗用户中央财政按中标协议供货价格的30%给予补贴；城乡居民用户中央财政按中标协议供货价格的50%给予补贴。 2、国务院出台4万亿元规模的经济刺激计划将惠及诸多行业领域。4万亿投资的具体构成主要包括，近一半投资将用于铁路、公路、机场和城乡电网建设，总额1.8万亿元；用于地震重灾区的恢复重建投资1万亿元；用于农村民生工程和农村基础设施3700亿元；生态环境3500亿元，保障性安居工程2800亿元，自主创新结构调整1600亿元，医疗卫生和文化教育事业400亿元。预计4万亿经济刺激每年将拉动经济增长约1个百分点。,LED产业前景,LED产业市场规模三年有望翻一番 在全球能源短缺、环保要求不断提高的情况下，已结束的2008年北京奥运会和2010年上海世博会都不约而同地以绿色节能为主题，这给中国LED照明产业的发展带来了巨大的历史机遇。 据国内有关机构预测，在奥运、世博的强力带动下，中国LED照明市场规模将从2007年的48.5亿元快速增长至2010年的98.1亿元，在结束的北京奥运会上，LED照明技术在奥运历史上首次大规模使用并获得成功。据官方统计，北京奥运会总共包括36个比赛场馆，其照明产品需求就达5亿元左右，这还不包括奥运村、奥运花园等其他公共照明设施市场。,LED一些成品灯具的主要参数 办公照明（以日光灯为例）,商业照明（以筒灯和轨道灯为例）,户外照明（以路灯和隧道灯为例）,LED日光灯节能及参数对比报告 1.基本参数及特性对比,2. 视劲森LED日光灯与传统灯管年耗电量成本统计：,LED与传统照明成本分析,1. 随着发光效率和生产效率的快速提高,同样亮度的 LED 灯近几年内总成本快速下降，LED 灯将可在成本上和荧光灯一竞高低。 2.白炽灯、荧光灯和 LED 灯使用 30000 小时成本对比 3.我公司主要产品的材料的成本分析以T8日光灯为例：,LED寿命分析,LED之所以持久，是因为它不会产生灯丝熔断的问题。LED不会直接停止运作，但它会随着时间的流逝而逐渐退化。一般 LED可以使用50,000小时以上，其发光强度会从标称值逐步下降到70%左右,影响LED寿命的原因有如下几个 1.光源 LED芯片质量是影响寿命的重要原因，同时芯片的设计和材料可以影响LED寿命的。 LED封装技术也是影响LED寿命的一个重要原因，一个可靠的封装厂家对于LED寿命有很大的关系。 2.电源的设计 因为LED的离散性特强，压降、波长、光色、高度差别很大，只有上述几个指标一致的LED才能并联在一起使用反之 压降低的电流很大，压降高的电流很小，造成光色、高度不均，电流大的寿命缩短。电源自身寿命也是个重要的原因，一般电解电容在105的情况下有8000小时的寿命，4060情况下有15000小时的寿命，无电解电容可以保30000小时。 3.散热方面的设计 散热是影响LED寿命的一个重要的原因之一，LED 的发光需要电流驱动, 输入LED 的电能中, 只有约15%有效转化为光, 大部分(约85%)因无效而转化为热。其中环境温度非常的重要，环境温度可以影响到LED灯具散热温度520度的变化。,公司LED照明未来主推产品,1）办公照明 日光灯 平板灯 格栅灯 天花灯 2）商业照明 轨道灯 射灯 斗胆灯 球泡 灯杯 软、硬灯条 工矿灯 泛光灯 数码管 3）户外照明 路灯 洗墙灯 隧道灯 护栏管 地埋灯 4）专用照明 冰箱照明 厨房照明 车厢照明 船舶照明,LED封装形式,一、LED封装形式： 1. Lamp-LED(垂直LED) 2. SMD-LED(表面贴片封装) 0603,0805,1206等用在手机上 3020,3528,5050等用在照明上 3.Side-LED(侧发光LED) 4.TOP-LED(顶部发光LED) 5.High-Power-LED(功率型封装LED) 如景观灯，球泡灯，灯杯等,LED灯具的散热设计,散热问题是瓶颈问题：LED灯约有70-80%的能量转化为热量。如不能有效地散发出去，将使LED结温升高，过高的结温不但会使LED的寿 命急剧衰减，还会影响LED的峰值波长，光功率，光通量 等诸多性能参数。,LED热量管理,在固态照明行业， LED 在亮度方面处于领先地位，它提供可回流焊设计，从而更加便于使用和热量管理。采用 LED 的照明应用不仅使光输出最大化，而且提高了设计灵活性，同时将对环境的影响降到最低。 本应用说明可作为LED热管理方式理解的指导，帮助使用者将接合点温度升高所带来影响降至最低。 它们在专业性和通用性照明应用中都得到了广泛的使用。当设计使用LED的照明系统时，最关键的设计参数之一就是该系统从LED接合点排除热量的能力。 LED接合点很高的工作温度会破坏LED的性能，导致光输出衰减和工作寿命减少。 大多数LED失效机制都和温度密切相关。LED接合点温度的升高会导致光输出的减少，加速芯片老化。 每种产品系列的最高接合点温度都已在产品数据表中列明。 接合点温度主要受到三个参数的影响： LED周边环境的温度 在LED接合点和外部条件间的导热通道 LED释放的能量,设计高功率LED灯具的指导原则,在设计带有高功率LED的照明系统时，应当遵循以下通用指导原则： 成功进行散热设计要考虑的最重要因素是，将需要移除的热量降至最低。将LED驱动电路和LED电路板隔开非常重要，只有这样驱动器所产生的热能才不会导致LED接合点温度升高。 下一个最有效的策略是将固灯具置里面的温度降至最低。只要注意几个设计参数，这个目标就能实现，比如说考虑防止整个系统达到整体功率密度的上限值的保守封装设计。保证进行自然对流冷却的通路洁净、畅通无阻也非常重要。 提高散热片和LED间的热传导性对于热管理非常有必要。尽管从散热片上移除热量是通过对流实现，从LED到散热片的通道却是通过传导方式。 最后，LED PCB电路板/散热片的朝向在设计时也需要慎重考虑。 正确安装电路板/散热片非常重要，使散热面保持垂直。 如果电路板平面是水平的，那么它将会阻止空气对流的形成，这样就会显著降低系统的冷却性能。,表面积 热传输只会发生在散热片的表面。所以，散热片在设计时应当拥有相对比较大的表面积。使用许多优质翼片或增加散热片尺寸规格，都能够达到这个目的。 空气动力学特性 散热片的设计需要要能使空气很容易且很快速地流通。有许多个相互间距小的优质散热翼片的散热片,可能不能使空气气流很好地流通。必须在高表面积（许多个相互间距小的翼片）和良好空气动力学特性间进行权衡。 在散热片内部的热传输：如果热量不能到达它们，那么这些冷却翼片就是无效的。散热片设计应当使其允许足够的热量从热源传输到翼片。比较厚一点的翼片具有好的热传导性；所以必须要在在较大表面积（多个薄翼片）和良好热传输性（更厚的翼片）间实现平衡。所使用的材料对于散热片内部的热传输有着显著的影响。,选散热片做LED灯具时，应遵循以下原则,安装方法：为了实现更好的热传输，散热片和热源间的压力必须比较高。散热片夹 接触面积的平整性：和LED或PCB相接触的散热片部分必须绝对平整。平整的接触面允许使用一层更薄的热敏化合物层，它能够减少散热片和LED源间的热阻。 在设计时要考虑能够提供高压，同时很容易安装。通常带螺钉或弹簧的散热片固定架要比一般的夹子要更好。当不能使用夹子或螺钉时，只能使用热传导膏体或胶带。,LED灯具常用的一些热设计结构,图123 LED热管散热器,图124 肋片散热LED路灯,LED灯具常用二次配光光杯及透镜,棱形: 橙皮纹 ： 亮面: 透镜:,LED透镜材料种类,一次透镜配光,二次配光,LED透镜的应用及生产,LED灯具电源分类,一、LED电源按驱动方式可以分为两大类： A. 恒流式： 1、恒流驱动电路驱动LED是很理想的，缺点就是价格较高。 2、恒流电路虽然不怕负载短路，但是严禁负载完全开路。 3、恒流驱动电路输出的电流是恒定的，而输出的直流电压却随着负载阻值的大小不同在一定范围内变化。 4、 要限制LED的使用数量，因为它有最大承受电流及电压值。 B. 稳压式： 1、稳压电路确定各项参数后，输出的是固定电压，输出的电流却随着负载的增减而变化。 2、稳压电路虽然不怕负载开路，但是严禁负载完全短路。 3、整流后的电压变化会影响LED的亮度。 4、要使每串以稳压电路驱动LED显示亮度均匀，需要加上合适的电阻才可以。,二、LED灯具电源按电路结构可以分为六类： 1、常规变压器降压： 这种电源的优点是体积小，不足之处是重量偏重、电源效率也很低，一般在45%60%，因为可靠性不高，所以一般很少用。 2、电子变压器降压： 这种电源结构不足之处是转换效率低，电压范围窄，一般180240V，波纹干扰大。 3、电容降压： 这种方式的LED电源容易受电网电压波动的影响，电源效率低，不宜LED在闪动时使用，因为电路通过电容降压，在闪动使用时，由于充放电的作用，通过LED的瞬间电流极大，容易损坏芯片。 4、电阻降压： 这种供电方式电源效率很低，而且系统的可靠也较低。因为电路通过电阻降压，受电网电压变化的干扰较大，不容易做成稳压电源，并且降压电阻本身还要消耗很大部分的能量。 5、RCC降压式开关电源： 这种方式的LED电源优点是稳压范围比较宽、电源效率比较高，一般可在70%80%，应用较广。缺点主要是开关频率不易控制，负载电压波纹系数较大，异常情况负载适应性差。 6、PWM控制式开关电源：目前来说，PWM控制方式设计的LED电源是比较理想的，因为这种开关电源的输出电压或电流都很稳定。电源转换效率极高，一般都可以高达80%90%，并且输出电压、电流十分稳定。这种方式的LED电源主要由四部分组成它们分别是：输入整流滤波部分、输出整流滤波部分、PWM稳压控制部分、开关能量转换部分。而且这种电路都有完善的保护措施，属于高可靠性电源。,谢谢！,