LED照明系統

LED照明系統指的是採用LED作為光源的照明系統。[1]

LED照明系統是一個電光轉換系統,其電光轉換過程從供電部分開始,依次包括原始電源(“動力源泉”)、電源管理與變換、感測與控制、驅動器、熱管理、LED及其混光、散射和光學提取等部分。其中,由原始電源(如電池)和控制與驅動電路組成的LED供電系統是LED工作的必要條件。[2]

基本介紹

  • 中文名:LED照明系統
  • 特點:大量套用LED照明設備
基本介紹,設計步驟,

基本介紹

LED照明系統是一個電光轉換系統,其電光轉換過程從供電部分開始,依次包括原始電源(“動力源泉”)、電源管理與變換、感測與控制、驅動器、熱管理、LED及其混光、散射和光學提取等部分。

設計步驟

LED照明系統設計可按照確定照明需求,確定設計目標,估計光學、熱和電氣系統的效率,計算需要的LED數量,選擇最佳設計方案和完成最後步驟6個步驟進行。
(1)確定照明需求
LED照明必須滿足或超過目標套用的照明要求。在建立設計目標之前就必須確定照明要求。對於某些套用,存在現成的照明標準,可以直接確定要求。對其他套用,確定現有照明的特性是一個好方法。
(2)確定設計目標
照明要求確定好了之後,就可確定LED照明的設計目標。與定義照明要求時一樣,關鍵設計目標與光輸出和功耗有關。確保包含了對目標套用也可能重要的其他設計目標,包括工作環境、材料清單(BOM)成本和使用壽命。
(3)估計光學系統、熱系統和電氣系統的效率
設計過程中最重要的參數之一是需要多少個LED才能滿足設計目標。其他的設計決策都是圍繞LED數量展開,因為LED數量直接影響光輸出、功耗以及照明成本。查看LED數據手冊列出的典型光通量,用該數除設計目標流明,這種方法很誘人。但這種方法太理想化,依此設計將滿足不了套用的照明要求。
LED的光通量依賴於多種因素,包括驅動電流和結溫。要準確計算所需要的數量,必須首先估計光學、熱和電氣系統的效率。
①光學系統效率 通過考察光損失估計光學系統的功效。要估計的光損失源主要有兩種:
一是次級光學器件,次級光學器件是不屬於LED本身的所有巍學系統,如、LED上的透鏡或擴散片。與次級光學器件相關的損失根據使用的特定元件的不同而變化。通過各次級光元件的典型光學效率在85%-90%之間。
二是燈具內的光損失,當光線在到達目標物之前,打到燈具罩上時,就產生燈具光損失。某些光被燈具罩吸收,有些則反射回燈具。固定物的效率由照明的布局、燈具殼的形狀及燈具罩的材料決定。
③電氣損失 LED驅動電子設備將可用功率源(如牆體插座交流電或電池)轉換成穩定的電流源。這一過程與所有電源一樣,效率不會達到100%。驅動器中的電氣損失降低了總體照明效能,因為把輸入功率浪費在發熱上了,而沒有用在發光上。在開始設計LED系統時就應考慮到電氣損失。典型LED驅動器的效率在80%~90%之間。效率高於90%的驅動器的成本要高得多。要注意,驅動器效率可能隨輸出負載而變化。
對於室內套用,驅動器效率87%的估值比較合適。室外用或使用壽命非常長的驅動器,效率可能要低一些。
(4)計算需要的LED數量
①實際需要的光通量
所需的實際光通量=目標光通量/(光學效率×熱效率)
②工作電流 工作電流在確定LED照明的效能和使用壽命時很重要。增加工作電流,則各LED的光輸出會變大,因而減少了所需的LED數量。但增加工作電流同時也帶來多個缺點,如功效降低、壽命縮短。
③LED數量 工作電流確定之後,就可以計算各LED的光通量。由於LED的熱損失已經在實際需要的光通量計算中考慮到了,故LED供應商文檔給出的數量可以直接使用。LED的數量計算公式如下
LED的數量=實際所需的光通量/每個LED的光通量
(5)考慮所有設計可能並選擇最佳設計
所需LED數計算好之後,接下來就應考慮滿足設計目標的所有設計可能。設計師可以充分利用LED光的方向性和大量可用的次級光學器件來構造原始設計。
所謂次級光學器件是指除LED初級光學器件外附加的光學元件,用於對LED的光輸出進行整形。一般的次級光學器件類型為反射(光從某個表面反射回),或者折射(光通過折射材料彎曲,折射材料通常為玻璃或塑膠)。次級光學器件可以通過購買標準件、現成的零件或用照明模型通過光線跟蹤模擬來設計定製。
(6)最後步驟
選擇好最佳設計後,最後需要做的工作有:電路板布局、構造原型、針對設計目標測試原型機、最後定下設計方案、寫出觀察報告和改進意見等。

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