LED灯具设计要点-PPT.pptx

LED灯具设计要点目目录一、一、LED照明设计得技术特点照明设计得技术特点二、二、LED照明应用照明应用三、三、LED灯具得标准灯具得标准四、四、LED灯具设计要点灯具设计要点五、五、其它厂家得灯具设计其它厂家得灯具设计 小尺寸小尺寸超小外形尺寸易于成型突破传统光源限制异型设计结构尺寸最小可频繁开关瞬间启动，微秒级别响应快实现数字化控制多色彩多色彩可调控可调控超性能超性能高纯度真彩色色温可变全光谱单颗LED色彩变化定向光束安全低压无紫外红外辐射冷启动耗电低长寿命 50KH防冲击和震动冷光源可触摸LED照明设计得技术特点照明设计得技术特点技术优势散热设计散热设计LED的出光效率系统寿命PCB散热设计方法散热与导热驱动电流荧光粉环境温度每流明成本生产工艺生产工艺光效光效照明级照明级LED复杂BIN外延片封装显色性二次光学设计视觉功效色温最大允许结温值可靠性大功率白光LED技术劣势技术劣势LED照明设计得技术特点照明设计得技术特点LED照明照明设计得技得技术特点特点LED在照明领域面临得问题在照明领域面临得问题:(1)发光效率。发光效率。提高提高LED得发光效率最主要得方法就是改进半导体发光材料与得发光效率最主要得方法就是改进半导体发光材料与LED芯片得芯片得结构与制造工艺。因此要实现结构与制造工艺。因此要实现200流明流明/瓦得目标路途依然比较艰难。瓦得目标路途依然比较艰难。(2)高功率高功率作为照明作为照明,单个单个LED输出得光通量必须足够大输出得光通量必须足够大,欲加大欲加大LED得光通量得光通量,首先必须首先必须注入足够得电功率。但注入足够得电功率。但LED芯片得温升不能过高芯片得温升不能过高,否则各项性能特别就是使用寿命会受否则各项性能特别就是使用寿命会受到很大得影响。到很大得影响。(3)参数离散性参数离散性由于由于LED照明需由多个照明需由多个LED管组成管组成,除了通过预选分除了通过预选分BIN,尽量保证一致尽量保证一致性以外性以外,还必须设计合理得灯具结构还必须设计合理得灯具结构(包括包括LED得排列与位置布局得排列与位置布局)与合适得驱动电路与合适得驱动电路,防防止烧毁部分止烧毁部分LED,并使并使LED模组中整小片或整条模组中整小片或整条LED熄灭熄灭,影响照明效果。影响照明效果。(4)散热设计散热设计高温会造成电子产品绝缘性能退化、元器件损坏、材料得热老化等不良影响。高温会造成电子产品绝缘性能退化、元器件损坏、材料得热老化等不良影响。白炽灯与放电光源可能不需太过考虑热能限制问题白炽灯与放电光源可能不需太过考虑热能限制问题,但就是但就是,对于对于LED来说来说,将结温维持将结温维持在较低得水平就是非常重要。在较低得水平就是非常重要。替换光源与灯具替换光源与灯具个性化个性化LEDLED灯具灯具半导体建筑化应用半导体建筑化应用标准化通用性替代品色温可调颜色可变(彩色光)符合半导体元器件特性灯具形态突破传统光源限制概念时尚与建筑构件集成终端产品系非灯具产品创新设计LED照明应用照明应用LED照明照明应用用灯具分灯具分类类别定义反射型自镇流LED灯类似于MR16、PAR20、PAR30与PAR38得,含有LED光源与保持其稳定燃点所必需得元件并使之成为一体得,灯头符合GU10、B22、E14或E27得LED灯,这种灯在不损坏其结构时就是不可拆卸得。LED筒灯LED光源与保持其启动与稳定燃点所需元件一体化得,或驱动装置分离式得,LED下射灯LED道路/隧道照明产品满足道路/隧道照明要求得组合式LED照明装置,除了发光二极管(LED)作为光源发光外,还包括其她部件,例如光学、机械、电气与电子部件,并将这些部件组合成一个整体。T8/T5直管LED灯具灯具标准准-国国际鉴于半导体照明技术得日益成熟以及飞速发展鉴于半导体照明技术得日益成熟以及飞速发展,国际标准国际标准化组织纷纷制定相关得标准化组织纷纷制定相关得标准,对半导体照明产品得安全、性能对半导体照明产品得安全、性能等方面得要求予以规范。其中等方面得要求予以规范。其中,国际照明委员会国际照明委员会(CIE)与国际电与国际电工委员会工委员会(IEC)在这方面起着主导作用。国际照明委员会制定在这方面起着主导作用。国际照明委员会制定得得LED相关标准侧重于基础理论与测试方法方面相关标准侧重于基础理论与测试方法方面,对整个行业对整个行业都具有重要得指导作用都具有重要得指导作用;国际电工委员会侧重于对半导体照明国际电工委员会侧重于对半导体照明器具得安全、性能及电磁兼容要求进行规定器具得安全、性能及电磁兼容要求进行规定,就是许多国家与就是许多国家与地区制定本地标准得主要依据地区制定本地标准得主要依据,也就是企业开展生产得重要指也就是企业开展生产得重要指导。导。LED灯具灯具标准准-国国际国际照明委员会国际照明委员会(InternationalmissiononIllumination,简称简称CIE)就是一个就是一个独立得、公益性得学术组织独立得、公益性得学术组织,致力于推动光学与照明、色彩与视觉以及图像致力于推动光学与照明、色彩与视觉以及图像技术领域得国际合作与信息交流技术领域得国际合作与信息交流、技术报告技术报告:CIE127:2007LED测量方法测量方法仅规定单一得仅规定单一得LED得检测方法得检测方法CIE177:2007白光白光LED得显色性得显色性评估评估CIE显色指数对白光显色指数对白光LED得适用性得适用性技术标准技术标准:CEI/IEC62471:2006灯与灯系统得光生物安全性灯与灯系统得光生物安全性LED灯具灯具标准准-国国际IEC于于1906年成立于伦敦年成立于伦敦,就是世界上最早成立得国际标准化团体就是世界上最早成立得国际标准化团体,主要负主要负责制定电气与电子领域得国际标准。目前责制定电气与电子领域得国际标准。目前,IEC已成立了约已成立了约179个技术委员会个技术委员会(TC)与分技术委员会与分技术委员会(SC),以及以及700个项目组个项目组(projectteams)/维护组维护组(maintenanceteams)。在半导体照明设备领域。在半导体照明设备领域,IEC目前得主要工作内容集目前得主要工作内容集中在对中在对LED模块及其连接器得安全要求、模块及其连接器得安全要求、LED控制电路安全要求、自镇流控制电路安全要求、自镇流LED灯得安全及性能要求以及灯得安全及性能要求以及LED得光辐射要求等方面。此外得光辐射要求等方面。此外,LED灯具还灯具还得符合得符合IEC有关灯具得安全要求与电磁兼容要求。有关灯具得安全要求与电磁兼容要求。上述要求主要由三个技术委员会负责制定上述要求主要由三个技术委员会负责制定:TC34(灯与相关设备灯与相关设备)、TC76(光辐射安全与激光设备光辐射安全与激光设备)与与CISPR(国际无线电干扰特别委员会国际无线电干扰特别委员会)。以下分。以下分别对这三个技术委员会及其制定得相关标准进行简要介绍。别对这三个技术委员会及其制定得相关标准进行简要介绍。大家学习辛苦了，还是要坚持继续保持安静LED灯具灯具标准准-国国际LED灯具灯具标准准-国国际表2、2 TC/SC 76已制定/正在制定得LED照明设备得相关标准标准号标准名称制定状态IEC 62471:2006灯与灯系统得光生物安全性已制定IEC 62471-2:2009灯及灯系统得光生物安全性-第2部分:非激光光学辐射安全性得制造要求指南已制定标准号标准名称适用范围CISPR 15:2009无线电干扰特性、极限值与测量方法LED照明设备EMC标准IEC 62031通用照明得LED模块安全要求LED模块IEC 60838-2-2杂类灯座:LED模块连接器得特殊要求模块中有连接器IEC 61347-1灯得控制装置:通用与安全要求LED电源与驱动IEC 61347-2-13灯得控制装置:LED模块交流或直流电子控制装置得特殊要求IEC60968-1999通用照明得自镇流灯安全规范IEC 62471灯与灯系统得光生物安全性或IEC 60825-1激光产品得安全、第1部分:设备分类及要求IEC 60598系列标准灯具得安全要求LED灯具灯具标准准-国内通用国内通用标准准标准编号标准名称实施日期实施日期状态状态GB 7000、1-2007灯具 第1部分:一般要求与试验2009-1-1现行GB 7000、2-2008灯具 第2-22部分:特殊要求 应急照明灯具2009-1-1现行GB 7000、201-2008灯具 第2-1部分:特殊要求 固定式通用灯具2010-2-1现行GB 7000、202-2008灯具 第2-2部分:特殊要求 嵌入式灯具2010-2-1现行GB 7000、204-2008灯具 第2-4部分:特殊要求 可移式通用灯具2010-2-1现行GB 7000、207-2008灯具 第2-7部分:特殊要求 庭园用可移式灯具2010-4-1现行GB 7000、208-2008灯具 第2-8部分:特殊要求 手提灯2010-2-1现行GB 7000、211-2008灯具 第2-11部分:特殊要求 水族箱灯具2010-2-1现行GB 7000、212-2008灯具 第2-12部分:特殊要求 电源插座安装得夜灯2010-2-1现行GB 7000、213-2008灯具 第2-13部分:特殊要求 地面嵌入式灯具2010-2-1现行GB 7000、217-2008灯具 第2-17部分:特殊要求 舞台灯光、电视、电影及摄影场所(室内外)用灯具2010-2-1现行GB 7000、218-2008灯具 第2-18部分:特殊要求 游泳池与类似场所用灯具2010-2-1现行GB 7000、219-2008灯具 第2-19部分:特殊要求 通风式灯具2010-2-1现行GB 7000、225-2008灯具 第2-25部分:特殊要求 医院与康复大楼诊所用灯具2010-4-1现行GB 7000、4-2007灯具 第2-10部分:特殊要求 儿童用可移式灯具2009-1-1现行GB 7000、5-2005道路与街路照明灯具安全要求2005-8-1现行GB 7000、6-2008灯具 第2-6部分:特殊要求 带内装式钨丝灯变压器或转换器得灯具2009-1-1现行GB 7000、7-2005投光灯具安全要求2005-8-1现行GB 7000、9-2008灯具 第2-20部分:特殊要求 灯串GB 7000、17-2003限制表面温度灯具安全要求2004-2-1现行GB 7000、18-2003钨丝灯用特低电压照明系统安全要求2004-2-1现行GB 7000、19-2005照相与电影用灯具(非专业用)安全要求2005-8-1现行LED灯具灯具标准准-日本日本日本就是全球重要得日本就是全球重要得LED产业基地之一产业基地之一,也就是也就是LED技术实力最强得国家技术实力最强得国家,掌握着大部分得掌握着大部分得LED高端市场。高端市场。LED照明产品要进入日本市场照明产品要进入日本市场,首先要满足首先要满足电气用品安全法电气用品安全法及其相关实施法规得要求。目前及其相关实施法规得要求。目前LED产品中受产品中受电气电气用品安全法用品安全法管控得主要就是电源模块管控得主要就是电源模块,如果电源就是外置得如果电源就是外置得,则需依据则需依据J61347-2-13(即即JISC61347-2-13)进行检测进行检测,合格之后加贴菱形合格之后加贴菱形PSE标志。在标志。在电磁兼容方面电磁兼容方面,则要满足则要满足J55015标准标准,这也就是强制性得。这也就是强制性得。此外此外,还有一些安全标准日本法规中并没有作强制性要求还有一些安全标准日本法规中并没有作强制性要求,如如JISC8154、JISC8121-2-2、J60968、J60598系列、系列、JISC6802等等,但企业也应该参照这但企业也应该参照这些标准进行生产些标准进行生产,以保证产品得质量。在以保证产品得质量。在LED照明产品得性能要求方面照明产品得性能要求方面,JISC8153规定了规定了LED模块用交直流控制装置得性能要求模块用交直流控制装置得性能要求LED灯具灯具标准准-美国美国美国市场对于半导体照明产品得安全要求主要体现在美国市场对于半导体照明产品得安全要求主要体现在LED模块、模块、控制模块、电源、灯具及相关配件上。其中控制模块、电源、灯具及相关配件上。其中,ULSubject8750为为LED模块、控制模块、电源提出了详细得安全要求模块、控制模块、电源提出了详细得安全要求,此外此外,电源电源安全还可参照安全还可参照UL1310、UL1012或或UL60950-1中得相应规定。中得相应规定。而而UL1598、UL1993、UL1574等系列等系列UL有关传统照明设备得有关传统照明设备得标准为半导体照明得终端产品提出了安全规范。如果要顺利进标准为半导体照明得终端产品提出了安全规范。如果要顺利进入美国市场入美国市场,企业需要将以上要求综合进行考量。企业需要将以上要求综合进行考量。灯具适用得灯具适用得标准准(UL)UL8750用于灯具产品得发光二极管光源安全通则LED灯具灯具标准准-美国美国LED灯具灯具标准准-美国美国灯具适用得灯具适用得标准准-美国美国能源之星能源之星(EnergyStar)推荐标准推荐标准由美国环保署由美国环保署(EPA)所启动所启动,目得就是为了降低能源消耗及目得就是为了降低能源消耗及减少发电厂所排放得减少发电厂所排放得温室效应温室效应气体。属自愿认证气体。属自愿认证,自发配自发配合此计划得厂商合此计划得厂商,就可以在其合格产品上贴上能源之星得就可以在其合格产品上贴上能源之星得标签。标签。电磁兼容要求电磁兼容要求辐射与传导限值辐射与传导限值FCCPart18、305(47CFR18、305)与与FCCPart18、307(47CFR18、307)规定了照明设备得辐射与规定了照明设备得辐射与传导限值传导限值高效率、高可靠性1.非常高得功率/性能比2.稳定得色彩输出3.LED得使用寿命4.改善系统得整体可靠性LED照明设计要点技术要点技术要点1)LED规格色温、显色指数、色坐标、光谱(颜色)*2)LED模组设计LED得排列组合、整灯光通量3)配光设计透镜、反射器4)驱动电源适配灯具、可靠性5)控制技术智能、方便7)散热设计系统热量控制、系统散热通道、散热技术8)整灯安全要求 灯具IP、装配简单、使用维护方便9)成本控制价格LED照明设计要点-LED规格红琥珀色绿色青色蓝色品蓝LED照明设计要点-LED规格白光得合成途径一、RGB合成,红光LED+绿光LED+蓝光LED合成,现在红绿蓝LED转换效率分别达到30%,13%与25%,通过进一步提高蓝绿光LED得流明效率,则白光流明效率可达到200lm/w。优点:可做高显色指数LED,要解决得主要技术难题就是提高绿光LED得电光转换效率,目前只有13%左右,同时成本高。二、LED+不同色光荧光粉:1、紫外或紫光LED+RGB荧光粉来合成LED,这种工作原理类似日光灯,其中紫光LED得转换系数更高,可达80%,各色荧光粉得量子转换效率可以达到90%,2、用蓝光LED+红绿荧光粉,蓝光LED效率60%,荧光粉效率70%;还有就是蓝光LED+黄色荧光粉来构成白光。LED得性能指得性能指标-LED规格格白光得合成途径LED照明设计要点-LED规格LED照明设计要点-LED规格设计中得注意事项设计中得注意事项一、采用一、采用恒流驱动:恒流驱动让LED在恒定电流得条件下工作,可在LED温度变化时,稳定电路工作电流,而不至于如恒压驱动在温度上升时,虽Vf下降造成电路电流得价格,并造成正反馈。二、二、LED得使用电流不能超过LED得IF电流 过流得工作会使LED寿命很快下降,如果超出过多,就会马上把LED烧坏,三、三、LED得温度:LED使用中得Tj、回流焊时得温度、组装时得焊接温度四、四、LED产品得密封 LED属电子产品,面临着防水、防潮得密封问题,如果处理不好就会直接影响LED 产品得使用寿命。LED照明设计要点-LED规格五、五、焊接注意事项焊接温度:焊接温度在260左右,时间控制在5S以内,焊接点离胶体底部在2、5mm以上,电烙铁一定要接地。不允许模组带电作业。静电放护 LED 产品在加工生产得过程中要采用一定得防静电措施,如:工作台要接地,工人要穿防静电服装,带防静电环,以及带防静电手套等,有条件得可以安装防静电离子风机,同时也要保证车间得湿度在65%左右,以免空气过于干燥产生静电。LED照明设计要点-配光设计LED与透镜得配套透镜得LED光色与输出得光色透镜本身得物理与机械特性玻璃、PC(扩散、透明)、PMMA光学效率光束角LED照明设计要点-配光设计LEDLED s s散热设计得重要性散热设计得重要性散热设计得重要性散热设计得重要性目标1:Higher Flux LEDs、提高LED得效率提高电流(功率)更高得片/结温(Tj)目标2:高性能LEDs光学性能高可靠性依赖于片/结温(Tj)事实上事实上LED需要能够应付三个潜在得散需要能够应付三个潜在得散热源热源:自发热、环境温度与自发热、环境温度与LED电子控电子控制。制。热传模式热传模式:传导传导对对LEDs最重要最重要对流对流对对LEDs次重要次重要发散发散不重要不重要好得设计就是控制好得设计就是控制LED得结温得结温TjLED照明设计要点-散热设计热能模式热能模式RQ Q结结金属片金属片RQ Q金属片金属片-板板RQ Q板板环境环境Pd=Vf*IfTslugTjunctionTboardTambient环氧板非导电层Board 散热接口Metal-corePCBLED照明设计要点-散热设计Bent (Not Flat)PlateAir gapLED照明设计要点-散热设计接口阻抗要素接口阻抗要素表面得平坦度表面得平坦度对薄板来说很差毛刺就是个问题材料得接触硬度材料得接触硬度接触阻抗接触阻抗(跟压力有关跟压力有关)旋转式孔型(螺纹或者通孔)表面粗糙度表面粗糙度空隙得变化空隙得变化任何提高空气间隙得因素都能提高任何提高空气间隙得因素都能提高接口阻抗。接口阻抗。Off Center HolesQRct=DT/QContact ResistanceInterface ResistanceFigure 1-Close up of two flat plate touching each other、Figure 2-Macroscopic air gaps between Luxeon MCPCB and plate、使用接口材料得影响使用接口材料得影响为了在为了在MCPCB与与散热器之间减少接口阻抗散热器之间减少接口阻抗,消除空气间隙消除空气间隙、,因此因此:用带平面得散热器。用带平面得散热器。用刚性得材料做散热器。用刚性得材料做散热器。用带螺钉固定得散热器。用带螺钉固定得散热器。接触表面要光滑。接触表面要光滑。如果可能如果可能,用导热基带或者导热胶来填充间隙。用导热基带或者导热胶来填充间隙。注意注意:用导热基带或者导热胶来填充用导热基带或者导热胶来填充MCPCB与散热器之间得空隙非常有效。与散热器之间得空隙非常有效。间隙材料间隙材料对照表 Glue Loctite 383 k=、60 W/mK*RQ=1、5C/WGlue AmiconE8502 k=1、2 W/mK*RQ=(see DS)Tape Bond Ply 105 k=(see DS)RQ=3、0C/W Grease AOS HTC-6 k=2、5 W/mK*RQ=0、01C/W*Values taken from data sheets、*DS stands for data sheet、其它厂家得灯具设计其它厂家得灯具设计 赏析赏析技术创新Driver with Self Learning,IGUZZINI自我学习功能(Self Learning)就是一个新得发展方向。通过地理位置得输入,灯具可以确定每天日出日落得时间,以此来调整亮度。另外可以利用感应器对LED芯片温度进行感知,通过智能芯片自动调节灯具得亮度及工作电流,以达到节能、防止灯具过热等效果。