LED照明设计说明
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XPEWHT-L1 LED额定为5万小时 后提供平均70%的流明维持率，结温保 持在80℃或以下。因此XPEWHT-L1的 最高合适结温为80℃。对应的最小相对 光通量为88%，如右图曲线 所示。 88%相对光通量是对本例照明热功效估 计的值; Relative luminous flux
设计源于生活
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设计源于生活
生活需要设计MAOSHENG_LIANG
2018/8/30
热系统效率估算
1,热损耗: LED的相对通量输出随着结温的上升而降低。大多数LED数据手册都列出25℃ 下的典型光通量值，而大多数LED应用都采用较高的结温。当结温Tj > 25℃时，光 通量肯定比LED数据手册给出的值差。LED数据手册中有一个曲线，给出了相对光 输出与结温的关系，例如如曲线3所示的XPEWHT-L1-LED。该曲线通过选择特定相 对光输出或者特定结温，给出了其它特性值。 对光输出、功效和使用寿命的优先次序进行了划分;
生活需要设计MAOSHENG_LIANG
2018/8/30
热系统效率估算
2,最高环境温度可以用下式计算： 示例： LED照明使用热阻为0.47℃/W的现成散热片。使用这一散热片热阻值，最高环境 温度可以用下式计算： T j = Ta + ( R th b-a × P total )+ ( R th j-sp × PLED) 其中， Tj为LED结温，Ta为环境温度,R thb-a为散热片的热阻， PLED为单个LED的功耗，PLED =工作电流×该工作电流下的典型Vf，Ptotal =总功耗=LED数 ×PLED，Rth j-sp = LED封装热阻。 示例中的照明的值为：
对本室内应用，本例子中照明的最高环境温度62℃可以接受。对需要最高环境温度更高的工作环境， 既可以提高最大结温(可能影响使用寿命)，也可以改进热系统(R th b-a )(例如选择更好的散热片)。
设计源于生活 生活需要设计MAOSHENG_LIANG
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2018/8/30
光学系统效率评估 2.灯具内的光损失 当光线在到达目标物之前，打到灯具罩上时，就产生了灯具光损失。某些光被 灯罩吸收，有些则反射回灯具。固定物的效率由照明的布局、灯具壳的形状及灯具 罩材料决定。如下图所示，LED光具有方向性，可达到的效率比全方向照明可能达 到的要高得多。
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设计源于生活
生活需要设计MAOSHENG_LIANG
2018/8/30
光学系统效率评估 对示例中的照明，如果照明需要次级光学器件，则只存在次级光损失。次级光 学器件的主要目的是改变LED的光输出图像。曲线2将Cree XLampXP-ELED的光束 角度与目标灯具的光输出图像进行了比较。裸LED的光束角度与目标灯具的非常相 似所以不需要次级光学器件。因此，对本示例照明，不存在次级光学器件引起的光 损失。要计算灯具损失，我们假定灯具反射杯的反射率为85%，60%的光将打到反 射杯上。因此，光学效率为: Optical efficiency =(100%*40%)+( 85%+60%) Optical efficiency =91%
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认证需求( 3C,UL,CE等)
防护等级要求 产品成本 开发费用
设计源于生活
生活需要设计MAOSHENG_LIANG
2018/8/30
确定设计目标
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LED照明的设计目标定义要与照明要求其本一至，其中包括： 工作环境,产品性能,产品寿命;
产品上市时间;
产品成本; 研发费用; 年销售量及产品周期; 同行同类产品性能的超越;
2018/8/30
光学系统效率评估 评估整个照系统的主要参数有： 光通量,色温,发光效率,显色指数,光形,照度均匀度等; 其中色温和显色指数是由LED封装厂已确定,只要选用对应规格的就可以; 影响系统光通量主要因素有:LED的用量和驱动电流以及结温还有发光效 率; LED用量评估: 设计过程中LED用量评估是最重要的评估参数之一，需要多少个LED才 能满足设计目标。其他的设计决策都是围绕LED用量展开，因为LED数量直 接影响光输出、功耗和整个产品结构以及照明成本。简单的评估方法是:用单 个LED光通量的80~90%除设计目标流明；这种方法简单。但不是很准确，依 此设计将满足不了应用的照明要求。 要准确计算所需要的数量，必须首先估计光学、热和电气系统的效率; 光学系统效率 通过考察光损失估计光学系统的功效。要估计的两种主要的 光损失源为： 1.次级光学器件 次级光学器件是不属于LED本身的所有光学系统，如LED上的透镜或扩散 片。与次级光学器件相关的损失根据使用的特定组件的不同而变化。通过各次 级光组件的典型光学效率在85%和95%之间。
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Tj (MAX)=80℃ Rth b-a=0.47℃/W PLED=0.35 A × 3.3 V=1.155 W Ptotal=16 × 1.155 W=18.48 W Rth j-sp=8℃/W Ta MAX=Tj MAX-( Rth b-a × Ptotal )-( Rth j-sp × PLED ) = 80℃- ( 0.47℃/W × 18.48 W ) -( 8℃/W × 1.155 W ) = 80℃- 8.6856℃-9.24℃ = 62℃
1
确定照明需求 确定设计目标 规划产品
光电热效能评估与方案选择
系统设计 设计验证
试产,量产导入
资料归总
设计源于生活
生活需要设计MAOSHENG_LIANG
2018/8/30
确定照明需求 LED照明必须满足或超过目前应用的照明要求。因此，在建立设计目标之前 就必须确定照明要求: 照明类型,应用场地.(室内-球泡灯,射灯,日光燈;室外—道路,景观,水底灯;) 相对应现有照明标准，(可以直接确定要求 ) 性能要求;(光通量,色温,发光效率,显色指数) (光形,照度均匀度等) 测试要求
设计源于生活
生活需要设计MAOSHENG_LIANG
2018/8/30
产品规划
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依产品需求和设计目标要求对产品开发进行规划; 评估光学系统、热系统和电气系统结构配合与效率 产品检证计划作成 设计团队的组建与分工 评估研发费用 产品企划作成
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热系统效率估算
1,热损耗: LED的相对通量输出随着结温的上升而降低。大多数LED数据手册都列出25℃ 下的典型光通量值，而大多数LED应用都采用较高的结温。当结温Tj > 25℃时，光 通量肯定比LED数据手册给出的值差。LED数据手册中有一个曲线，给出了相对光 输出与结温的关系，例如如曲线3所示的XPEWHT-L1-LED。该曲线通过选择特定相 对光输出或者特定结温，给出了其它特性值。 对光输出、功效和使用寿命的优先次序进行了划分;
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热系统效率估算
2,最高环境温度可以用下式计算： 示例： LED照明使用热阻为0.47℃/W的现成散热片。使用这一散热片热阻值，最高环境 温度可以用下式计算： T j = Ta + ( R th b-a × P total )+ ( R th j-sp × PLED) 其中， Tj为LED结温，Ta为环境温度,R thb-a为散热片的热阻， PLED为单个LED的功耗，PLED =工作电流×该工作电流下的典型Vf，Ptotal =总功耗=LED数 ×PLED，Rth j-sp = LED封装热阻。 示例中的照明的值为：
对本室内应用，本例子中照明的最高环境温度62℃可以接受。对需要最高环境温度更高的工作环境， 既可以提高最大结温(可能影响使用寿命)，也可以改进热系统(R th b-a )(例如选择更好的散热片)。
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光学系统效率评估 2.灯具内的光损失 当光线在到达目标物之前，打到灯具罩上时，就产生了灯具光损失。某些光被 灯罩吸收，有些则反射回灯具。固定物的效率由照明的布局、灯具壳的形状及灯具 罩材料决定。如下图所示，LED光具有方向性，可达到的效率比全方向照明可能达 到的要高得多。
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光学系统效率评估 对示例中的照明，如果照明需要次级光学器件，则只存在次级光损失。次级光 学器件的主要目的是改变LED的光输出图像。曲线2将Cree XLampXP-ELED的光束 角度与目标灯具的光输出图像进行了比较。裸LED的光束角度与目标灯具的非常相 似所以不需要次级光学器件。因此，对本示例照明，不存在次级光学器件引起的光 损失。要计算灯具损失，我们假定灯具反射杯的反射率为85%，60%的光将打到反 射杯上。因此，光学效率为: Optical efficiency =(100%*40%)+( 85%+60%) Optical efficiency =91%
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认证需求( 3C,UL,CE等)
防护等级要求 产品成本 开发费用
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确定设计目标
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LED照明的设计目标定义要与照明要求其本一至，其中包括： 工作环境,产品性能,产品寿命;
产品上市时间;
产品成本; 研发费用; 年销售量及产品周期; 同行同类产品性能的超越;
2018/8/30
光学系统效率评估 评估整个照系统的主要参数有： 光通量,色温,发光效率,显色指数,光形,照度均匀度等; 其中色温和显色指数是由LED封装厂已确定,只要选用对应规格的就可以; 影响系统光通量主要因素有:LED的用量和驱动电流以及结温还有发光效 率; LED用量评估: 设计过程中LED用量评估是最重要的评估参数之一，需要多少个LED才 能满足设计目标。其他的设计决策都是围绕LED用量展开，因为LED数量直 接影响光输出、功耗和整个产品结构以及照明成本。简单的评估方法是:用单 个LED光通量的80~90%除设计目标流明；这种方法简单。但不是很准确，依 此设计将满足不了应用的照明要求。 要准确计算所需要的数量，必须首先估计光学、热和电气系统的效率; 光学系统效率 通过考察光损失估计光学系统的功效。要估计的两种主要的 光损失源为： 1.次级光学器件 次级光学器件是不属于LED本身的所有光学系统，如LED上的透镜或扩散 片。与次级光学器件相关的损失根据使用的特定组件的不同而变化。通过各次 级光组件的典型光学效率在85%和95%之间。
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Tj (MAX)=80℃ Rth b-a=0.47℃/W PLED=0.35 A × 3.3 V=1.155 W Ptotal=16 × 1.155 W=18.48 W Rth j-sp=8℃/W Ta MAX=Tj MAX-( Rth b-a × Ptotal )-( Rth j-sp × PLED ) = 80℃- ( 0.47℃/W × 18.48 W ) -( 8℃/W × 1.155 W ) = 80℃- 8.6856℃-9.24℃ = 62℃
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确定照明需求 确定设计目标 规划产品
光电热效能评估与方案选择
系统设计 设计验证
试产,量产导入
资料归总
设计源于生活
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2018/8/30
确定照明需求 LED照明必须满足或超过目前应用的照明要求。因此，在建立设计目标之前 就必须确定照明要求: 照明类型,应用场地.(室内-球泡灯,射灯,日光燈;室外—道路,景观,水底灯;) 相对应现有照明标准，(可以直接确定要求 ) 性能要求;(光通量,色温,发光效率,显色指数) (光形,照度均匀度等) 测试要求
设计源于生活
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2018/8/30
产品规划
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依产品需求和设计目标要求对产品开发进行规划; 评估光学系统、热系统和电气系统结构配合与效率 产品检证计划作成 设计团队的组建与分工 评估研发费用 产品企划作成
设计源于生活
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