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2022-06-20
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LED 灯具设计程序
LED 灯具设计程序
一个典型的 LED 灯具设计包括电学、热学以及光学的模拟计算，大功率 LED 光源决
定了大功率 LED 灯具的最终光通量。因此，选择高质量的适配光源是灯具的基础。LED 芯
片的研发固然重要，但灯具昀设计和研发同样不容忽视。大型照明灯具的主体照明光学系
统的结构包括三种设计：
(1)芯片外加光学系统得到适宜应用的一次光学设计，它由 LED 器件的生产商完成。
(2)将一次光学设计的单只 LED 装入一个量身定做的透镜中，得到需要的定向光束，
这就是所谓的二次光学设计，以得到满足单只光学需求的 LED 组件。
(3)将若干个二次光学设计完成的 LED 组件合并成一个有相当规模、满足照明要求配
光曲线的灯具，这就是 LED 的三次光学设计。
在 LED 光源的产品中，大多数产品，例如路灯、光柱、草坪灯、地埋灯、装饰灯等，
要求在这些灯具中设置 DC/DC 恒流驱动电路以适应 LED 电流驱动的特性。这个电源既要
提供 LED 所需的恒流电流输出，又要有较高的变换效率，否则就会失去 LED 节能的优点，
另外成本低也十分重要，可选择开关电源、高频电源等多种，根据电流稳定性、瞬态过冲
以及安全性、可靠性的不同要求作不同选择。
LED 光源产品另一个重要考虑因素是 LED 器件的可靠性，作为半导体器件，LED 的
失效模式研究对评估 LED 光源的寿命十分重要。LED 器件同样符合浴盆曲线这一失效规律，
因此如何筛选早期失效器件，即加速寿命试验方法的研究显得尤为重要。提离 LED 发光效
率，改善散热特性，是 LED 光源发展中必须解决的问题之一，与此同时，在行业协同下开
展 LED 可靠性研究，规范器件老化筛选标准，是解决 LED 光源在应用中遇到的一些问题
的有效途径之一。
一、确定照明需求和设计目标设计目标是基于现有灯具的性能，或是基于应用的照明
需求。LED 照明必须满足或超过目标应用的照明要求。因此，在建立设计目标之前就必须
确定照明要求。对于某些应用，存在现成的照明标准，可以直接确定要求。对于没有照明
标准的应用，可先确定现有照明特性后，在确定应用的照明需求。照明灯具的光输出和功
率特性是确定现有照明特性关键，根据照明灯具提供的技术参数，可获得各种灯具的关键
特性，由此确定现有照明的特性。
照明要求确定好了之后，就可以确定 LED 照明的设计目标。设计目标应根据照明应
用需求而定，并应列出影响设计的所有其他目标，如特殊光要求、耐高温要求等。与定义
照明要求时一样，关键设计目标与光输出和功耗有关。设计目标应包括工作环境、材料清
单( BOM)、成本和使用寿命。
二、估计光学系统、热系统和电气系统的效率设计目标会对光学、热和电气系统产生
限制，根据这些限制对各系统的效率进行估计，将照明目标和系统效率结合起来，才能确
定照明需要的 LED 数量。设计过程中最重要的参数之一是需要多少只 LED 才能满足设计
目标。其他的设计决策都是围绕 LED 数量展开，因为 LED 数量直接影响光输出、功耗以
及照明成本。
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