LED燈具設(shè)計要點課件.ppt

2011年12月2日,LED燈具設(shè)計要點,目錄,一、LED照明設(shè)計的技術(shù)特點二、LED照明應(yīng)用三、LED燈具的標準四、LED燈具設(shè)計要點五、其它廠家的燈具設(shè)計,小尺寸,多色彩,可調(diào)控,超性能,LED照明設(shè)計的技術(shù)特點,技術(shù)優(yōu)勢,散熱設(shè)計,生產(chǎn)工藝,光效,照明級LED,復雜,BIN,外延片,封裝,顯色性,二次光學設(shè)計,視覺功效,色溫,最大允許結(jié)溫值,可靠性,大功率白光LED,技術(shù)劣勢,LED照明設(shè)計的技術(shù)特點,LED照明設(shè)計的技術(shù)特點,LED在照明領(lǐng)域面臨的問題：(1)發(fā)光效率。提高LED的發(fā)光效率最主要的方法是改進半導體發(fā)光材料與LED芯片的結(jié)構(gòu)和制造工藝。因此要實現(xiàn)200流明/瓦的目標路途依然比較艱難。(2)高功率作為照明，單個LED輸出的光通量必須足夠大，欲加大LED的光通量，首先必須注入足夠的電功率。但LED芯片的溫升不能過高，否則各項性能特別是使用壽命會受到很大的影響。(3)參數(shù)離散性由于LED照明需由多個LED管組成，除了通過預(yù)選分BIN，盡量保證一致性以外，還必須設(shè)計合理的燈具結(jié)構(gòu)(包括LED的排列和位置布局)和合適的驅(qū)動電路，防止燒毀部分LED，并使LED模組中整小片或整條LED熄滅，影響照明效果。(4)散熱設(shè)計高溫會造成電子產(chǎn)品絕緣性能退化、元器件損壞、材料的熱老化等不良影響。白熾燈和放電光源可能不需太過考慮熱能限制問題，但是，對于LED來說，將結(jié)溫維持在較低的水平是非常重要。,替換光源與燈具,個性化LED燈具,半導體建筑化應(yīng)用,標準化通用性替代品色溫可調(diào)顏色可變（彩色光）,符合半導體元器件特性燈具形態(tài)突破傳統(tǒng)光源限制概念時尚,與建筑構(gòu)件集成終端產(chǎn)品系非燈具產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計,LED照明應(yīng)用,LED照明應(yīng)用,燈具分類,LED燈具標準-國際,鑒于半導體照明技術(shù)的日益成熟以及飛速發(fā)展，國際標準化組織紛紛制定相關(guān)的標準，對半導體照明產(chǎn)品的安全、性能等方面的要求予以規(guī)范。其中，國際照明委員會（CIE）和國際電工委員會（IEC）在這方面起著主導作用。國際照明委員會制定的LED相關(guān)標準側(cè)重于基礎(chǔ)理論和測試方法方面，對整個行業(yè)都具有重要的指導作用；國際電工委員會側(cè)重于對半導體照明器具的安全、性能及電磁兼容要求進行規(guī)定，是許多國家和地區(qū)制定本地標準的主要依據(jù)，也是企業(yè)開展生產(chǎn)的重要指導。,LED燈具標準-國際,國際照明委員會（InternationalCommissiononIllumination，簡稱CIE）是一個獨立的、公益性的學術(shù)組織，致力于推動光學和照明、色彩和視覺以及圖像技術(shù)領(lǐng)域的國際合作和信息交流.技術(shù)報告：CIE127:2007LED測量方法僅規(guī)定單一的LED的檢測方法CIE177:2007白光LED的顯色性評估CIE顯色指數(shù)對白光LED的適用性技術(shù)標準：CEI/IEC62471:2006燈與燈系統(tǒng)的光生物安全性,LED燈具標準-國際,IEC于1906年成立于倫敦，是世界上最早成立的國際標準化團體，主要負責制定電氣和電子領(lǐng)域的國際標準。目前，IEC已成立了約179個技術(shù)委員會（TC）和分技術(shù)委員會（SC），以及700個項目組（projectteams）/維護組（maintenanceteams）。在半導體照明設(shè)備領(lǐng)域，IEC目前的主要工作內(nèi)容集中在對LED模塊及其連接器的安全要求、LED控制電路安全要求、自鎮(zhèn)流LED燈的安全及性能要求以及LED的光輻射要求等方面。此外，LED燈具還得符合IEC有關(guān)燈具的安全要求和電磁兼容要求。上述要求主要由三個技術(shù)委員會負責制定：TC34（燈和相關(guān)設(shè)備）、TC76（光輻射安全和激光設(shè)備）和CISPR（國際無線電干擾特別委員會）。以下分別對這三個技術(shù)委員會及其制定的相關(guān)標準進行簡要介紹。,LED燈具標準-國際,LED燈具標準-國際,LED燈具標準-國內(nèi)通用標準,LED燈具標準-日本,日本是全球重要的LED產(chǎn)業(yè)基地之一，也是LED技術(shù)實力最強的國家，掌握著大部分的LED高端市場。LED照明產(chǎn)品要進入日本市場，首先要滿足電氣用品安全法及其相關(guān)實施法規(guī)的要求。目前LED產(chǎn)品中受電氣用品安全法管控的主要是電源模塊，如果電源是外置的，則需依據(jù)J61347-2-13（即JISC61347-2-13）進行檢測，合格之后加貼菱形PSE標志。在電磁兼容方面，則要滿足J55015標準，這也是強制性的。此外，還有一些安全標準日本法規(guī)中并沒有作強制性要求，如JISC8154、JISC8121-2-2、J60968、J60598系列、JISC6802等，但企業(yè)也應(yīng)該參照這些標準進行生產(chǎn)，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量。在LED照明產(chǎn)品的性能要求方面，JISC8153規(guī)定了LED模塊用交直流控制裝置的性能要求,LED燈具標準-美國,美國市場對于半導體照明產(chǎn)品的安全要求主要體現(xiàn)在LED模塊、控制模塊、電源、燈具及相關(guān)配件上。其中，ULSubject8750為LED模塊、控制模塊、電源提出了詳細的安全要求，此外，電源安全還可參照UL1310、UL1012或UL60950-1中的相應(yīng)規(guī)定。而UL1598、UL1993、UL1574等系列UL有關(guān)傳統(tǒng)照明設(shè)備的標準為半導體照明的終端產(chǎn)品提出了安全規(guī)范。如果要順利進入美國市場，企業(yè)需要將以上要求綜合進行考量。,燈具適用的標準（UL),UL8750用于燈具產(chǎn)品的發(fā)光二極管光源安全通則,LED燈具標準-美國,LED燈具標準-美國,2019/12/14,20,可編輯,燈具適用的標準-美國,能源之星（EnergyStar）推薦標準由美國環(huán)保署（EPA）所啟動，目的是為了降低能源消耗及減少發(fā)電廠所排放的溫室效應(yīng)氣體。屬自愿認證，自發(fā)配合此計劃的廠商，就可以在其合格產(chǎn)品上貼上能源之星的標簽。,電磁兼容要求輻射與傳導限值FCCPart18.305（47CFR18.305）和FCCPart18.307（47CFR18.307）規(guī)定了照明設(shè)備的輻射和傳導限值,高效率、高可靠性,非常高的功率/性能比穩(wěn)定的色彩輸出LED的使用壽命改善系統(tǒng)的整體可靠性,LED照明設(shè)計要點,技術(shù)要點,1）LED規(guī)格色溫、顯色指數(shù)、色坐標、光譜（顏色）*2）LED模組設(shè)計LED的排列組合、整燈光通量3）配光設(shè)計透鏡、反射器4）驅(qū)動電源適配燈具、可靠性5）控制技術(shù)智能、方便7）散熱設(shè)計系統(tǒng)熱量控制、系統(tǒng)散熱通道、散熱技術(shù)8）整燈安全要求燈具IP、裝配簡單、使用維護方便9）成本控制價格,LED照明設(shè)計要點-LED規(guī)格,紅琥珀色綠色青色藍色品藍,LED照明設(shè)計要點-LED規(guī)格,白光的合成途徑一、RGB合成，紅光LED+綠光LED+藍光LED合成，現(xiàn)在紅綠藍LED轉(zhuǎn)換效率分別達到30%，13%和25%，通過進一步提高藍綠光LED的流明效率，則白光流明效率可達到200lm/w。優(yōu)點：可做高顯色指數(shù)LED,要解決的主要技術(shù)難題是提高綠光LED的電光轉(zhuǎn)換效率，目前只有13%左右，同時成本高。二、LED+不同色光熒光粉：1、紫外或紫光LED+RGB熒光粉來合成LED，這種工作原理類似日光燈，其中紫光LED的轉(zhuǎn)換系數(shù)更高，可達80%，各色熒光粉的量子轉(zhuǎn)換效率可以達到90%，2、用藍光LED+紅綠熒光粉，藍光LED效率60%，熒光粉效率70%；還有是藍光LED+黃色熒光粉來構(gòu)成白光。,LED的性能指標-LED規(guī)格,白光的合成途徑,LED照明設(shè)計要點-LED規(guī)格,LED照明設(shè)計要點-LED規(guī)格,設(shè)計中的注意事項一、采用恒流驅(qū)動:恒流驅(qū)動讓LED在恒定電流的條件下工作,可在LED溫度變化時，穩(wěn)定電路工作電流，而不至于如恒壓驅(qū)動在溫度上升時，雖Vf下降造成電路電流的價格，并造成正反饋。二、LED的使用電流不能超過LED的IF電流過流的工作會使LED壽命很快下降,如果超出過多,就會馬上把LED燒壞，三、LED的溫度:LED使用中的Tj、回流焊時的溫度、組裝時的焊接溫度四、LED產(chǎn)品的密封LED屬電子產(chǎn)品，面臨著防水、防潮的密封問題，如果處理不好就會直接影響LED產(chǎn)品的使用壽命。,LED照明設(shè)計要點-LED規(guī)格,五、焊接注意事項焊接溫度：焊接溫度在260左右,時間控制在5S以內(nèi),焊接點離膠體底部在2.5mm以上，電烙鐵一定要接地。不允許模組帶電作業(yè)。靜電放護LED產(chǎn)品在加工生產(chǎn)的過程中要采用一定的防靜電措施，如：工作臺要接地，工人要穿防靜電服裝，帶防靜電環(huán)，以及帶防靜電手套等，有條件的可以安裝防靜電離子風機，同時也要保證車間的濕度在65%左右，以免空氣過于干燥產(chǎn)生靜電。,LED照明設(shè)計要點-配光設(shè)計,LED與透鏡的配套透鏡的LED光色與輸出的光色透鏡本身的物理和機械特性玻璃、PC（擴散、透明）、PMMA光學效率光束角,LED照明設(shè)計要點-配光設(shè)計,LEDs散熱設(shè)計的重要性,目標1:HigherFluxLEDs.提高LED的效率提高電流(功率)更高的片/結(jié)溫(Tj),目標2:高性能LEDs光學性能高可靠性依賴于片/結(jié)溫(Tj),事實上LED需要能夠應(yīng)付三個潛在的散熱源：自發(fā)熱、環(huán)境溫度和LED電子控制。熱傳模式:傳導對LEDs最重要對流對LEDs次重要發(fā)散不重要好的設(shè)計是控制LED的結(jié)溫Tj,LED照明設(shè)計要點-散熱設(shè)計,熱能模式,RQ結(jié)金屬片,RQ金屬片-板,RQ板環(huán)境,Pd=Vf*If,環(huán)氧板,非導電層,Board散熱接口,Metal-corePCB,LED照明設(shè)計要點-散熱設(shè)計,Bent(NotFlat)Plate,Airgap,LED照明設(shè)計要點-散熱設(shè)計,接口阻抗要素表面的平坦度對薄板來說很差毛刺是個問題材料的接觸硬度接觸阻抗(跟壓力有關(guān))旋轉(zhuǎn)式孔型(螺紋或者通孔)表面粗糙度空隙的變化任何提高空氣間隙的因素都能提高接口阻抗。,OffCenterHoles,Q,Rct=DT/QContactResistance,InterfaceResistance,Figure1-Closeupoftwoflatplatetouchingeachother.,Figure2-MacroscopicairgapsbetweenLuxeonMCPCBandplate.,使用接口材料的影響,為了在MCPCB和散熱器之間減少接口阻抗，消除空氣間隙.，因此:用帶平面的散熱器。用剛性的材料做散熱器。用帶螺釘固定的散熱器。接觸表面要光滑。如果可能，用導熱基帶或者導熱膠來填充間隙。注意：用導熱基帶或者導熱膠來填充MCPCB和散熱器之間的空隙非常有效。,間隙材料,間隙材料對照表GlueLoctite383k=.60W/mK*RQ=1.5C/WGlueAmiconE8502k=1.2W/mK*RQ=(seeDS)TapeBondPly105k=(seeDS)RQ=3.0C/WGreaseAOSHTC-6k=2.5W/mK*RQ=0.01C/W*Valuestakenfromdatasheets.*DSstandsfordatasheet.,其它廠家的燈具設(shè)計賞析,技術(shù)創(chuàng)新DriverwithSelfLearning,IGUZZINI,自我學習功能（SelfLearning）是一個新的發(fā)展方向。通過地理位置的輸入，燈具可以確定每