LED灯具设计要点演示幻灯片.ppt

单击此处编辑母版标题样式,*,上海固态照明有限公司,单击此处编辑母版标题样式,2011,年,12,月,2,日,LED,灯具设计要点,目录,一、,LED,照明设计的技术特点,二、,LED,照明应用,三、,LED,灯具的标准,四、,LED,灯具设计要点,五、,其它厂家的灯具设计,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,可调控,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,照明设计的技术特点,技术优势,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,光效,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,LED,照明设计的技术特点,LED,照明设计的技术特点,LED,在照明领域面临的问题：,(1),发光效率。,提高,LED,的发光效率最主要的方法是改进半导体发光材料与,LED,芯片的结构和制造工艺。因此要实现,200,流明,/,瓦的目标路途依然比较艰难。,(2),高功率,作为照明，单个,LED,输出的光通量必须足够大，欲加大,LED,的光通量，首先必须注入足够的电功率。但,LED,芯片的温升不能过高，否则各项性能特别是使用寿命会受到很大的影响。,(3),参数离散性,由于,LED,照明需由多个,LED,管组成，除了通过预选分,BIN,，尽量保证一致性以外，还必须设计合理的灯具结构,(,包括,LED,的排列和位置布局,),和合适的驱动电路，防止烧毁部分,LED,，并使,LED,模组中整小片或整条,LED,熄灭，影响照明效果。,(4),散热设计,高温会造成电子产品绝缘性能退化、元器件损坏、材料的热老化等不良影响。白炽灯和放电光源可能不需太过考虑热能限制问题，但是，对于,LED,来说，将结温维持在较低的水平是非常重要。,替换光源与灯具,个性化,LED,灯具,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,LED,照明应用,灯具分类,类别,定义,反射型自镇流,LED,灯,类似于,MR16,、,PAR20,、,PAR30,和,PAR38,的，含有,LED,光源和保持其稳定燃点所必需的元件并使之成为一体的，灯头符合,GU10,、,B22,、,E14,或,E27,的,LED,灯，这种灯在不损坏其结构时是不可拆卸的。,LED,筒灯,LED,光源和保持其启动和稳定燃点所需元件一体化的，或驱动装置分离式的，,LED,下射灯,LED,道路,/,隧道照明产品,满足道路,/,隧道照明要求的组合式,LED,照明装置，除了发光二极管,(LED),作为光源发光外，还包括其他部件，例如光学、机械、电气和电子部件，并将这些部件组合成一个整体。,T8/T5,直管,LED,灯具标准,-,国际,鉴于半导体照明技术的日益成熟以及飞速发展，国际标准化组织纷纷制定相关的标准，对半导体照明产品的安全、性能等方面的要求予以规范。其中，国际照明委员会（,CIE,）和国际电工委员会（,IEC,）在这方面起着主导作用。国际照明委员会制定的,LED,相关标准侧重于基础理论和测试方法方面，对整个行业都具有重要的指导作用；国际电工委员会侧重于对半导体照明器具的安全、性能及电磁兼容要求进行规定，是许多国家和地区制定本地标准的主要依据，也是企业开展生产的重要指导。,LED,灯具标准,-,国际,国际照明委员会（,International Commission on Illumination,，简称,CIE,）是一个独立的、公益性的学术组织，致力于推动光学和照明、色彩和视觉以及图像技术领域的国际合作和信息交流,.,技术报告：,CIE127:2007LED,测量方法,仅规定单一的,LED,的检测方法,CIE177:2007,白光,LED,的显色性,评估,CIE,显色指数对白光,LED,的适用性技术标准：,CEI/IEC 62471:2006,灯与灯系统的光生物安全性,LED,灯具标准,-,国际,IEC,于,1906,年成立于伦敦，是世界上最早成立的国际标准化团体，主要负责制定电气和电子领域的国际标准。目前，,IEC,已成立了约,179,个技术委员会（,TC,）和分技术委员会（,SC,），以及,700,个项目组（,project teams,）,/,维护组（,maintenance teams,）。在半导体照明设备领域，,IEC,目前的主要工作内容集中在对,LED,模块及其连接器的安全要求、,LED,控制电路安全要求、自镇流,LED,灯的安全及性能要求以及,LED,的光辐射要求等方面。此外，,LED,灯具还得符合,IEC,有关灯具的安全要求和电磁兼容要求。,上述要求主要由三个技术委员会负责制定：,TC 34,（灯和相关设备）、,TC 76,（光辐射安全和激光设备）和,CISPR,（国际无线电干扰特别委员会）。以下分别对这三个技术委员会及其制定的相关标准进行简要介绍。,LED,灯具标准,-,国际,LED,灯具标准,-,国际,表,2.2 TC/SC 76,已制定,/,正在制定的,LED,照明设备的相关标准,标准号,标准名称,制定状态,IEC 62471:2006,灯和灯系统的光生物安全性,已制定,IEC 62471-2:2009,灯及灯系统的光生物安全性,-,第,2,部分：非激光光学辐射安全性的制造要求指南,已制定,标准号,标准名称,适用范围,CISPR 15:2009,无线电干扰特性,.,极限值和测量方法,LED,照明设备,EMC,标准,IEC 62031,通用照明的,LED,模块安全要求,LED,模块,IEC 60838-2-2,杂类灯座：,LED,模块连接器的特殊要求,模块中有连接器,IEC 61347-1,灯的控制装置：通用和安全要求,LED,电源和驱动,IEC 61347-2-13,灯的控制装置：,LED,模块交流或直流电子控制装置的特殊要求,IEC60968-1999,通用照明的自镇流灯安全规范,IEC 62471,灯和灯系统的光生物安全性,或,IEC 60825-1,激光产品的安全,.,第,1,部分：设备分类及要求,IEC 60598,系列标准,灯具的安全要求,LED,灯具标准,-,国内通用标准,标准编号,标准名称,实施日期,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 电源插座安装的夜灯,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 游泳池和类似场所用灯具,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 医院和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的灯具,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,照相和电影用灯具,(,非专业用,),安全要求,2005-8-1,现行,LED,灯具标准,-,日本,日本是全球重要的,LED,产业基地之一，也是,LED,技术实力最强的国家，掌握着大部分的,LED,高端市场。,LED,照明产品要进入日本市场，首先要满足,电气用品安全法,及其相关实施法规的要求。目前,LED,产品中受,电气用品安全法,管控的主要是电源模块，如果电源是外置的，则需依据,J61347-2-13,（即,JIS C 61347-2-13,）进行检测，合格之后加贴菱形,PSE,标志。在电磁兼容方面，则要满足,J55015,标准，这也是强制性的。,此外，还有一些安全标准日本法规中并没有作强制性要求，如,JIS C 8154,、,JIS C 8121-2-2,、,J60968,、,J60598,系列、,JIS C 6802,等，但企业也应该参照这些标准进行生产，以保证产品的质量。在,LED,照明产品的性能要求方面，,JIS C 8153,规定了,LED,模块用交直流控制装置的性能要求,LED,灯具标准,-,美国,美国市场对于半导体照明产品的安全要求主要体现在LED模块、控制模块、电源、灯具及相关配件上。其中，UL Subject 8750为LED模块、控制模块、电源提出了详细的安全要求，此外，电源安全还可参照UL 1310、UL1012或UL 60950-1中的相应规定。而UL 1598、UL 1993、UL 1574等系列UL有关传统照明设备的标准为半导体照明的终端产品提出了安全规范。如果要顺利进入美国市场，企业需要将以上要求综合进行考量。,灯具适用的标准（,UL),UL8750,用于灯具产品的发光二极管光源安全通则,LED,灯具标准,-,美国,LED,灯具标准,-,美国,灯具适用的标准,-,美国,能源之星（,Energy Star,）推荐标准,由美国环保署（,EPA,）所启动，目的是为了降低能源消耗及减少发电厂所排放的,温室效应,气体。属自愿认证，自发配合此计划的厂商，就可以在其合格产品上贴上能源之星的标签。,电磁兼容要求,辐射与传导限值,FCC Part 18.30547 CFR 18.305,）和,FCC Part 18.307,（,47 CFR 18.307,）规定了照明设备的辐射和传导限值,高效率、,高可靠性,非常高的功率,/,性能比,稳定的色彩输出,LED,的使用寿命,改善系统的整体可靠性,LED,照明设计要点,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,的排列组合、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,白光的合成途径,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%,和,25%,，通过进一步提高蓝绿光,LED,的流明效率，则白光流明效率可达到,200lm/w,。优点：可做高显色指数,LED,要解决的主要技术难题是提高绿光,LED,的电光转换效率，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,的转换系数更高，可达,80%,，各色荧光粉的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%,；还有是蓝光,LED+,黄色荧光粉来构成白光。,LED,的性能指标,-LED,规格,白光的合成途径,LED,照明设计要点,-LED,规格,LED,照明设计要点,-LED,规格,设计中的注意事项,一、采用,恒流驱动,:,恒流驱动让,LED,在恒定电流的条件下工作,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,下降造成电路电流的价格，并造成正反馈。,二、,LED,的使用电流不能超过,LED,的,IF,电流,过流的工作会使,LED,寿命很快下降,如果超出过多,就会马上把,LED,烧坏，,三、,LED,的温度,:,LED,使用中的,Tj,、回流焊时的温度、组装时的焊接温度,四、,LED,产品的密封,LED,属电子产品，面临着防水、防潮的密封问题，如果处理不好就会直接影响,LED,产品的使用寿命。,LED,照明设计要点,-LED,规格,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,产品在加工生产的过程中要采用一定的防静电措施，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，有条件的可以安装防静电离子风机，同时也要保证车间的湿度在,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,与透镜的配套,透镜的,LED,光色与输出的光色,透镜本身的物理和机械特性,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,LEDs,散热设计的重要性,目标,1:Higher Flux LEDs.,提高,LED,的效率,提高电流,(,功率,),更高的片,/,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,LED,需要能够应付三个潜在的散热源：自发热、环境温度和,LED,电子控制。,热传模式,:,传导,对,LEDs,最重要,对流,对,LEDs,次重要,发散,不重要,好的设计是控制,LED,的结温,Tj,LED,照明设计要点,-,散热设计,热能模式,R,Q,结,金属片,R,Q,金属片,-,板,R,Q,板,环境,P,d,=V,f,*I,f,T,slug,T,junction,T,board,T,ambient,环氧板,非导电层,Board,散热接口,Metal-core,PCB,LED,照明设计要点,-,散热设计,Bent (Not Flat)Plate,Air gap,LED,照明设计要点,-,散热设计,接口阻抗要素,表面的平坦度,对薄板来说很差,毛刺是个问题,材料的接触硬度,接触阻抗,(,跟压力有关,),旋转式,孔型,(,螺纹或者通孔,),表面粗糙度,空隙的变化,任何提高空气间隙的因素都能提高接口阻抗。,Off Center Holes,Q,Rct=,D,T/Q,Contact Resistance,Interface Resistance,Figure 1-Close up of two flat plate touching each other.,Figure 2-Macroscopic air gaps between Luxeon MCPCB and plate.,使用接口材料的影响,为了在,MCPCB,和 散热器之间减少接口阻抗，消除空气间隙,.,，因此,:,用带平面的散热器。,用刚性的材料做散热器。,用带螺钉固定的散热器。,接触表面要光滑。,如果可能，用导热基带或者导热胶来填充间隙。,注意：用导热基带或者导热胶来填充,MCPCB,和散热器之间的空隙非常有效。,间隙材料,间隙材料对照表,Glue Loctite 383 k=.60 W/mK*R,Q,=1.5C/W,Glue AmiconE8502 k=1.2 W/mK*R,Q,=(see DS),Tape Bond Ply 105 k=(see DS)R,Q,=3.0C/W,Grease AOS HTC-6 k=2.5 W/mK*R,Q,=0.01C/W*,*Values taken from data sheets.,*DS stands for data sheet.,其它厂家的灯具设计,赏析,技术创新,Driver with Self Learning,IGUZZINI,自我学习功能（,Self Learning,）是一个新的发展方向。通过地理位置的输入，灯具可以确定每天日出日落的时间，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的亮度及工作电流，以达到节能、防止灯具过热等效果。,LED大功率路灯(欧司朗研发),创新点：,1.1W,大功率,LED,的应用,2.ARGUS,透镜和芯片的椭圆配光,3.,模组具有超越的散热和防水特性,4.,系统光效达到,55lm/W,5.,模块化，可自由组合,6.,维护便捷，便于更换,低照度展示,展品种类与半导体光源,（色温、显色性）,半导体照明在博物馆和美术馆中的应用,