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LED照明設計之不可或缺的“散熱解決方案”
來源:admin    發布時間: 2013-06-05   53 次瀏覽1014   大小:  16px  14px  12px

LED照明作為新一代照明受到了廣泛的關注。僅僅依靠LED封裝并不能制作出好的照明燈具。本文主要從電子電路、熱分析、光學方面對LED照明進行介紹,首先介紹LED照明設計。

隨著近年來人們對環境關注度的提高,LED照明作為新一代照明受到了廣泛的關注。展會上,只要是與LED照明有關的展位都是人頭攢動,同時,LED照明也更多的出現在我們的日常生活中。一般家庭能夠消費的LED燈都是由各大照明制造商銷售的燈泡型LED燈。另外,很多公司也都陸續研發出了熒光燈型的LED燈。在這種情況下,勢必有更多的公司參與到LED照明行業中。

LED燈與白熾燈、熒光燈等傳統光源有著不同的特性。僅僅依靠LED封裝并不能制作出良好的照明燈具。為了設計出更好的LED照明燈具,必須對LED進行區別于傳統光源的正確的光學設計。

本文圍繞LED照明燈具的設計進行介紹。具體來說主要是從電子電路、熱分析、光學方面進行說明。首先是LED照明概要及其與迄今為止的光源的區別。

LED 照明

用于照明的LED大多是白色。LED照明很大程度上依賴藍光LED芯片的發明和發光效率的提高。

實現白光LED主要有兩種方式。一種是使用LED芯片和熒光粉,另外一種是使用RGB 3色LED芯片。目前主要是采取第一種方式。

使用熒光粉一般都是在藍色LED芯片上涂覆黃色熒光粉。從LED芯片中發出的藍色光遇到熒光粉時,部分光轉換為黃色光。這部分轉換的黃色光和藍色光參雜在一起,就變成了白色光。通過調整熒光粉的量可以控制白光LED的色溫,因此發光顏色在制作時就已經決定,后期不能調整。

同時,混合藍色光和黃色光的話,由于紅色和綠色的成分不足,造成顯色性不佳。這樣,可以通過在藍色LED芯片中參雜紅色和綠色熒光粉或者是在紫外LED芯片中參雜RGB熒光粉,來提高其顯色性。

使用RGB 3色LED芯片的優勢在于RGB可以調整各種色度,所以不僅能夠產生白光,還能產生其他各種顏色的光。但是,LED芯片使用量增大,成本也就會上升。 

LED照明的優勢及其與迄今為止的其他光源的區別,接下來就LED照明與白熾燈、熒光燈等傳統光源的區別,從熱、電、光的特性方面進行分析。

熱的特性

雖然LED發熱很少,但是由于LED照明中,需要使用多顆數瓦級的LED,所以就會產生很高的熱量。雖然LED效率比較高,但是高效率僅支持在微小電流中的運行。大電流、高溫狀態下,效率較低。

另外,熒光粉型的LED,在轉換波長的時候會損失能量,從而產生熱量。持續高溫就會導致LED芯片、熒光粉、封裝樹脂壽命降低。因此,為了使LED的“高效率”、“長壽命”的優勢保持下去,就必須控制LED的結溫。

電的特性

LED電源與白熾燈、熒光燈有很大的區別。白熾燈可以直接連接到220V的交流電上。熒光燈雖然有鎮流器和轉換開關,但也使用220V的交流電。而LED的電源則需要直流的恒定電流,所以需要將220V的交流轉換為直流。電源的效率不高將直接影響到整個照明燈具的效率,因此提高電源效率對于提高LED照明效率來說顯得尤為重要。

調節LED光的方法主要有兩種。一種是改變恒定電流,一種是改變脈沖調制。LED是電子與空穴再結合時發光,光束依賴于電流。電流小的情況下,光束和電流基本是成正比的,但當LED電流增大,熱量隨之增大,導致發光效率變低,光束和電流就不成正比了。

在改變脈沖占空比的方法中,由于Talbot-Plateau 效應(反復接受瞬間閃光后,人眼會感受到反復時間內的平均亮度),可以根據脈沖占空比改變亮度。

光特性 

與白熾燈和熒光燈相比,1顆LED發出的光比較少,所以需要使用多顆LED。同時,由于LED的發光面積小,亮度高,人眼直視的話很容易眩暈。為了降低亮度,需要使用擴散板。但是,使用擴散板的話,光向各個方向發散,降低了光的效率。

LED、白熾燈、熒光燈的配光分布各不相同。所謂配光分布是指光源的方向以及各方向的發光強度。即使是相同光束的光源,如果配光分布不同,照度分布也會不同。有時也會出現本來想要照射的地方照度減小,其余部分反而照度增加的情況。

要減少光的浪費,控制配光分布,需要使用透鏡和反光鏡。LED本身就具有發光面積小、光的放射范圍在半球內、配光分布旋轉對稱等優點,再加上透鏡和反光鏡,就能構成一個好的光源。

其他在光源屬性中,還有光譜。LED的發光光譜集中在特定波長的一個很窄的范圍,不放射紅外線。因此,在不想使照射物變熱的時候,使用LED較好。但是,LED自身會發熱,所以需要注意防止其導熱。另外還需要注意,熒光粉類型的LED,溫度變化,色溫也會隨之變化。

總結:LED照明設計

LED照明燈具備受期待的原因就是節能、使用壽命長。確實,與白熾燈相比,目前的球泡型LED燈效率更高。但是熒光燈與LED照明燈具相比,還是熒光燈較高。這是因為,雖然單獨的LED芯片比熒光燈效率高,但是由于發熱降低了發光效率,交流電轉換成直流電時,電源效率變低以及由于配光分布變換和使用擴散板導致光效降低,進而造成整個LED照明燈具的效率下降。

因此,為了實現LED的節能,長壽命,必須對熱、電、光進行各種設計。單純依靠LED封裝并不能發揮LED的優勢。

 

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