(完整word版)基于Matlab仿真的大、小功率LED阵列光照度分布对比研究

1、Figtra j: Tfpni FkpnwnWhvPxflHTi lor WT1L1 Lanbartan.基于Matlab仿真的大、小功率LED阵列光照度分布对比研究提纲：1.回顾基于 Matlab 仿真的 LED 阵列光照度分布研究的历史和小功率仿真的情况（100字）；2.仿真的方法，模型的建立与参数调试，突出两种LED 最大排列间隔的计算 （3,400字）;3.仿真实验过程与结果 （400 字，插图约 12 幅，2 页左右）；4.讨论与结论要强调对实际工作的指导意义（300 字）。正文1. 引言LED 应用于照明领域具有高效率， 节能环保，使用寿命长和响应时间短等诸多独特优点。由于其优点突

2、出，利用 LED 作为发光单元的灯具已经广泛地应用于各个照明领域。然而，对于 LED 阵列的光照度分布的仿真研究却报道不多。福建师范大学的胡海蕾等1以及河北科技大学的吴淑梅等2均对该领域做了初步的研究探索。以往的研究对象仅仅局限于小功率 LED,那么对大功率的 LED 而言又会有什么特点呢？本文将使用Matlab 工具对大、小功率LED 各自的光照度分布特点做些比较。2. 模型建立与参数讨论2.1. LED 的选取本仿真选用飞利浦公司的 LXK2-PWW4-T00（Lunxeon K2 worm-white），该 LED 在 1000mA测试电流下典型的光通量为80 流明，功耗约为 3 瓦，其

3、空间光强分布如图1 3。Figtra j: Tfpni FkpnwnWhvPxflHTi lor WT1L1 Lanbartan.Typical Radiation Patternis3 迦 P2t4DripkKjpmvnl i：DKrM4l40Topical Representative Spatiall Radiation Patternfor Whit目Lmbrtinarts-m,7-7- fanfan I-I- C-IC-I10%通常情况下，LED 单元所照射的目标距离比起自身直径要大得多，因此可以将LED 单元简化为一个有一定空间光强分布的点光源。其空间光强分布示意如图2 1。从图

4、1 可以看出，该 LED 的光强分布不是一个理想的余弦分布，该分布可以表示为I=10cosmV当31-冃/2时，I(二)=10，即m-2In (cosJ当 LED 照射到与其光轴方向垂直的平面时，在该平面上的光照度分布与LED 的空间光强分布近似，即E(r,R =E0(r)cosmr式中 r 为 LED 与该平面之间的距离，变换坐标得E(x,y,z)(x-X)2(y-丫)2z2代入 LXK2-PWW4-T0 啲 可/2=70可以求得m =0.646。根据文献1，对于小功率 LED 而言日1/2=7.5则m=81。2.2. LED 的排列分布由于 LED 是一种非相干光源，因此两个 LED 对平

5、面上某一区域的光照度为其单个的叠加(多个 LED 同理叠加)，则有”m-2门m七、E(x,y,z) =zml(x-)2+y2+z2丁+(x-弓2+y2+ z2丁 .2 2式中 d 为两个 LED 之间的距离。对于小功率 LED 的情况，由于其视角(通常为 15 度)过小，因此要考虑两个 LED 单元 之间的距离 d 增加到多大时，原点附近的区域的光照度不至下降很多。根据文献1 的计算dmax= 0.0218m。从文献2的仿真结果来看，d 的取值最大确实为 0.0218m，如果 LED 间 的距离继续增大，中间将会出现暗区，影响照度的均匀性。但是对于大功率的 LED,由于其光强较强同时视角可达

6、140 度3,故两个单元并排之后 会使得放置中心的总光强有所增强。图 1 LXK2-PWW4-T00 的空间光强分布图 2 LED 远场照射空间光强分布示意图LED 单元放置距离 d=0.25mLED 单元放置距离 d=0.5m图 3 LED 单元的不同放置距离对中心光强的影响从上述的仿真结果来看，随两个大功率 LED 单元放置距离的不同，在放置中心的总光强 也有所不同。总的来说总光强是随着放置距离增大而减小的。一方面尽可能提高利用率，另一方面考虑到便于散热等实际应用条件，本文取两个大功率LED 单元的间隔 d=0.1m 作为仿真参数。3.相近功率条件下的对比仿真结果及分析本实验采用 matl

7、ab7.0 软件进行仿真。为了使模拟的结果更加符合实际的应用情况，我们选定总功率相近条件下两种不同功率的LED 采用排列方式的情况进行仿真分析。3.1 矩形阵列的大、小功率 LED 的光照度分布比较选取 16 个 3W 的大功率 LED 单元形成相互间隔为 0.1m 的 4X4 矩阵，总功率为 48W 与 之对应，LED 单元重合放置 d=0mLED 单元放置距离 d=0.1m选取 784 个小功率 LED 阵列为相互间隔为 0.0218m 的 28X28 矩阵，总功率为 0.06WX784=47W 光源与被照射面的距离分别取 3 米和 1 米，对被照射面的光照强度进行仿真。仿真的结果如图 4

8、 和图 5。小功率 LED 中心光照度值小功率 LED 光照度值下降一半的半径-3-2-10iauj大功率 LED 中心光照度值大功率 LED 光照度值下降一半的半径图 4 灯距离被照射面为 3 米时大小功率 LED 照度分布比较0.8.60402 n-0.2-0.J-0.61 1r ri：.r r“=rM;=rM;-.:-.:*mK;*mK;“EI;EEI;E2 2.一f f歹覽養監：足r r:i?:i?:!_iir.=rrtKHFR:!_iir.=rrtKHFR痔;:.!:!:讥;1;1潼:T:.:-T.:T:.:-T.至:.:!4:.!4:. -.tE-!=7q!.i-.tE-!=7q!

9、.i Linli:;.:=y.1:l:r.!iilm.Linli:;.:=y.1:l:r.!iilm._:_:- -l:rl:rZ ZnJ-lhmwnJ-lhmw ”1 11 1: :* *I;*I;*5r5r q;q;rrrr l:sl:sI I“.出-.ijl-i-riLijl-i-riL r:ir:i融薛雷二蛊視7 抵J J盘星乱歳一亠JiLJiL浄fzisifzisi為語ILiyILiy;恵”1:!1:!套舟!:防iv-iv-y y餓订-0.84 一-筆號壬爭訓3.2 圆形阵列的大、小功率LED 的光照度分布比较选取 12 个 3W 的大功率 LED 单元形成半径为 0.1m 的 4X

10、4 矩阵，总功率为 36W 与之对 应，选取 598 个小功率 LED 阵列为相互间隔为 0.0218m 的 28X28 矩阵，总功率为 0.06WX598=35.9W。光源与被照射面的距离分别取3 米和 1 米，对被照射面的光照强度进行仿真。仿真的结果如图 6 和图 7。小功率 LED 中心光照度值小功率 LED 光照度值下降一半的半径2 1 0321口大功率 LED 中心光照度值大功率 LED 光照度值下降一半的半径图 5 灯距离被照射面为1 米时大小功率 LED 照度分布比较2.1,5-1-0.50 5115小功率 LED 光照度值下降一半的半径小功率 LED 中心光照度值大功率 LED

11、 中心光照度值大功率 LED 光照度值下降一半的半径图 6 灯距离被照射面为3 米时大小功率LED 照度分布比较1.51D50 -051IS-15-1-0.500.511.52小功率 LED 光照度值下降一半的半径小功率 LED 中心光照度值大功率 LED 中心光照度值大功率 LED 光照度值下降一半的半径图 7 灯距离被照射面为 1 米时大小功率 LED 照度分布比较仿真的结果如图 8 和图 9。3.1 球面阵列的大、小功率LED 的光照度分布比较选取 8 个 3W 的大功率LED 单元形成相互间隔为 0.1m 的 4X4 矩阵，总功率为 24W 与之对应，选取 400 个小功率LED 阵列为相互间隔为0.0218m 的 28X28 矩阵，总功率为 0.06WX400=24W 光源与被照射面的距离分别取3 米和 1 米，对被照射面的光照强度进行仿真。小功率 LED 中心光照度值大功率 LED 中心光照度值大功率 LED