LED灯具设计知识ppt

透射-----折射(Snell)定律
入射光线和折射光线在一个平面内; 入射角α和折射角满足： n1sin α=n2 sin β n1和n2分别为入射媒质和折射媒质的折 射率
等亮度原理
3。将上述定律结合到各种形式的反射或透 射面型中，得到不同的控光效果。
用抛物线 平行光 用椭圆 得 会聚光
用透镜得 到平行光
长期的: 压铸铝､不锈钢､型材､镀锌钢管; 不同类型各种耐侯塑料; 如:涂漆/塑的压铸铝外壳 短期的: 钢板涂漆,镀锌紧固件,一般塑料 如:涂漆钢板外壳 临时的:节庆活动 一般塑料件. 节日灯串.
三.按照明要求分析光线的重要性 1.创造好的光环境是灯具的主要作用. ①不能理解为达到需要照度就完事! 照度中有好的照度和坏的照度, 同样是500lx,效果迥异. ---看作业面
棱镜的折射
扩散光
4.必须了解光源发光体的大小对上 述配光带来的影响.
圆球光源置于抛物线 圆球光源置于透镜
5.成像光学和非成像光学
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照明应用中,许多是不要成像或要破坏成像的. MR16的反光杯做成龟板样的原因：
6。光通量方向的转移 反射器内小面元上光线的转移：
转移中的内容
转移按照反射定率
一种IEJ的白色反射材料的反射光谱图
一种e-PTFE膜(膨化了的聚四氟乙烯膜)的 反射率达98%以上见电镜构成图和光谱反 射率图. 说明透明纤维压缩后可获得高反射率膜!!
2)92%以上的材料---喷涂类(表面涂层类) 日本住友金属工业株式会社的白色高反
住友白板的性能如下
目前国产的塑粉也有达到>92%的品种.
灯具创新设计的着眼点 配光---摸清照明场所的要求; 效率---采用新材料和工艺; 发光后的感觉---开发新光路和新材料; 价格---保持或提高质量,降低成本. 新光源(LED)新对待新设计. 使用LED颗粒做灯具; 使用LED颗粒做成的模组(做灯泡); 用LED模组做灯具.
一.灯具的特点:
1.灯具是一个低压电器,必须遵循一般电 器的要求和设计规则: 1)电器安全要求(共性的)---防触电､绝 缘材料温度等级､ IP ､EMC ､结构安全等;
∴灯腔的体积太小和形状将严重 影响光源寿命.
1）关注光源周围环境温度(光源吸收反射光) 尽量减少从反射器反射的光线回到光源， 延长电弧管或灯丝寿命； HPS灯装入反射器后的最大温度,都 有规定:
HPS灯装入灯具后的最大管压升:
金卤灯也有类似问题
2)降低光源封接处的温度,延长封接处 寿命,如卤钨灯钼箔封接处的温度要<270º C. 特别是封闭使用的卤钨灯,如航空信号用 的灯具.安装散热片.
圆渐开线的作用和获得
3.直接照明灯具之二----格栅灯具
1)格栅灯的种类
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高反射率涂饰的格栅的效率很高. 格栅的透过率τ: τ =f12+5ρ3(1- f12)2/2[RCR(1- ρ3)+ 5ρ3(1- f12)] 其中: RCR=5h(W+L)/W•L f12 = e –1.184RCR+0.00535RCR-0.011 格栅保护角约300的RCR=6的情况: ρ3 =0.7 , τ = 0.72 ρ3 =0.92 , τ =0.936.
3)如何控制和利用光源发出的光是灯具 设计的重要内容,包括: ①如何让光源长寿命---环境和配件; ②如何让光源发出更多的光---高频,降温; ③怎样利用好光源发出的光线,效率高---光 学设计; ④让有用的光线越多越好---灯具和照明; ⑤保证光源运行中的安全,如在危险气 氛､振动环境等
二.灯具设计内容: 一个好的灯具应该是充分利用光源光 线(光通量),通过设计有效的控制光线手 段,得到按照明场所需要的光强分布---光 学设计.同时又能提供保护人和环境防范 触电和引起周围环境的不安全(火灾､跌 落等)---电气安全设计和热设计.还有维持 光源的电气连接和正常工作,适合在工作 场所中的使用需要和长期工作,方便维护 工作,也十分重要---结构设计. 此外,外观造型上的美学也变得越来越 重要了.
由IEC60598（GB7000）中规定了外壳 各部位和各种材料的最高温度､光源重要 部位材料上或封接处的最高温度,另外电 器元件也都有最高温度tc/tw.应以此作限 值进行设计: 1.外壳体积的大小 2.灯具内局部体积的大小 3.环境对温度的影响
七。常用设计工具
以下为常见的部分软件。 光学设计（非成像光路）： Photopia, Tracepro(美国）等 APILUX，Speos, Solstis（欧洲）等. 结构设计： Autocad, Pro-e, Idea-s, Solidwork等。 造型设计和仿真： Rhinoceros,CDRS,3D-max等。 热设计： Pro-e, Idea-s等。
设计例一
设计例二
五.灯具光学设计的几个重要内容
利用反射或折射的原理,合理设计和选择这 些光学部件(也称反射器和折射器)的线度､面形 或材质,尽可能多地收集光源发出的光线后将它 们输送到需要的方向上去.
镜面
扩散 反射
漫射
透明 折射
半透明
1。知己和知彼,百战不殆
a.必须选择合适光源(功率､光通量)和配光曲线； b.必须根据照明场所作业的内容和要求确定需 要的配光曲线。
7。光学系统设计不是单值解 可以得到相同配光的两种形状的反射器
8。灯具配光曲线的说明
空间的环带及其说明
灯具配光分布采用的三种坐标系统
C-γ和B-β系统的图示
一个平面内配光的表达
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路灯常用的表达方式
道路的边线不是直线
道路的边线是直线
六.应考虑的其它问题
灯具恐怕是发热最高的用电器具,特点: 1.温度特别高:光源是炽热体,灯泡玻璃壳体的表 面温度有的在300多度,灯头处的温度白炽灯泡有150多 度,功率大的HID光源有200多度. 2.使用时间特别难控制:有的甚至是连续工作. 3.使用的地方和它周围的环境特别不清楚:安装高 度,与人和与物的距离,安装面都变化多样.
3)灯具效率的认知 光源装入灯具后其工作状态(功率､管压 等)发生变化,与裸灯工作完全不同,就会产 生下面的情形:
为此: ---将上面的比值称为灯具光输出比,不称 为灯具效率; ---过高的效率,如HPS的路灯效率在80%, 要注意灯泡的管压升,在85%或以上肯定有 问题!! 此问题同样 出现在荧光灯 的灯具!要注意.
1.功能设计---照明功能为主 使用场所的:---工作目的; ---人员视觉工作状态; ---需要的光线在不同角度上 的数量和质量; ---光的衰减问题 . 照明要求大多来者现有标准,制作的灯 具必须适用的现行照明标准内容(国内外).
功能设计---安全保证为主 使用场所的环境---使用工况; ---工作人员的使用状态; ---它不影响外界和外界不 影响它的考虑; ---保证安全的寿命期.
适用的现行的电气安全标准内容.
功能设计---使用和维护为主 使用场所的---安装灯具的位置和方式; ---灯具维护(含换光源)的方式; ---零部件和整体的寿命; ---表面与环境的协调性.
2.寿命设计---系统设计问题 照明寿命､电气寿命和机械寿命同步. 总体考虑: 1)长期的:20年; 2)短期的:1-2年; 3)临时的:一个季节.
谢 谢
灯具设计包涵两大内容和一个原则:
-----功能设计 设计出满足上述各项要求的产品,完全满足 和达到各项功能要求(照明､节电､操作､可替换等); -----寿命设计 有一代人的使用寿命,10-20年. 期间,除更换损坏的光源外,其余部件只要保 养,不需更换. 因此,材料和处理的选择至关重要; -----经济性原则 在达到同样性能的情况下,越简单和越经济 越好,不能功能有余或杀鸡用牛刀.
传统光源的热是会影响它的周围环境(灯具 内)中的材料甚至影响灯具外的物体,如: 埋地灯的表面温度 筒灯的上部温度
更重要的是当今光源新秀LED对温度特别 敏感,温度越高,光输出越减少.必须对温度 特别关注,从而产生了“热管理”的课题.
2)灯具是一种与人(不管什么人,非内行人) 会亲密接触的低压电器产品 所以要:①绝对不会触电; ②绝对不会烫人和燃烧; ③除专业产品外,不教就会使用且 没有固定的使用的人员; ④有一定的使用寿命; ⑤非24小时工作制的居多,但也要 能24小时工作. 设计产品和制订标准时一定要考虑上述内容.
2)电器性能要求(异性的)---不同电器性能 迥异 (1)电力方面
电动机:用电产生动力; 发电机:机械能变电能; 变压器:输配电力; 继电器和接触器:输配电力指令的实施; 开关:实时操控需要;
(2)用电器方面 焊接机､家用电器､照明器具､电动工 具等
2.灯具不同于一般用电器的主要内容 1)内部有一个温度远高于其它电器的发 高热的光源,热的关注和处理是重要内容.
那么怎样来创造一个适合工作又没有眩光 的照明环境?
我们将灯的亮度降下来
四.举例说明办公室灯具光学的设计 1.几种形式 目前有两种形式可供选择 ---直接照明形式 光线直接从灯管/反射罩射向工 作面
---间接/半间接照明形式 从灯具发出的光线部分直接向下照到 工作面,部分向上,照明天花板再反射下来照 明工作面.
光源的配光曲线
书写作业需要的蝙蝠翼配光
灯具的作用之一就是完成这个任务----光通量的再分配.
能量转换过程中必须遵守能量守恒定律: 1)光源光通=灯具光通/利用效率
2。利用几何光学的基本定律改变光线方向 达到改变光通量分配的目的 反射-----反射定律
入射角等于反射角，a=b; 入射光线和反射光线在一个平面内
2.直接照明灯具之一----支架灯具
涂白色涂料灯具的配光
光学计算的基本规则
一个例子
计算配光曲线可将这两部分迭加. 红色曲线+绿色曲线=蓝色曲线
提高支架灯具效率的途径 A.增加白色涂料的反射率ρ是提高灯具出光 效率的有效途径.
高反射率白色材料的分类---分为两类 1)98%以上材料---纤维类 为什么积雪是白色的?而雪花却是透 明的!! 将极细的透明纤维压在一起可获得高 反射板. 反射率犊在97%以上. 如:DUPON板,德国Trocellen的微孔PET 板,WhiteOptics的White97 Film板等.
---看环境 能耗相同但 四周明亮
涉及灯具设计 和布置设计
一个英国邮政办公楼的改造实例 改造内容:办公室和办公桌; 灯具下加半透光吊框.
②有符合光分布要求的好的配光形状 读写作业的例子 以蝙蝠翼配光替代 Cosnθ的例子
Cosnθ的灯具形状
蝙蝠翼配光灯具形状 垂直灯管平面上呈 蝙蝠翼配光
③间接照明的由来 天花板上什么地方装灯都有问题
灯具设计de内容
本文由东莞市朗森半导体照明有限公司 （http://www.cnlucent.com/）整理提供
了解灯具设计的必要内容: ---灯具有别于其他电器的内容; ---环境对照明和灯具的要求 照明质量和灯具配光 ---灯具设计的相关内容: *电气安全要求 ---光源､灯具 *配光设计技术 ---效率､配光和发光后的感觉 *灯具与光源的匹配
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2)格栅的计算
等保护角格栅的计算
蝙蝠翼配光的反射器设计
屏幕上反射光线的由来
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灯具出光口面上的亮度分类
来自IESNA对两度的要求
4.直接照明灯具之三-----棱镜的种类和设计 1)Macphail棱镜设计
2)Holophen 减低直接眩光的透镜
实际的形状
5.间接/半间接照明灯具