LED灯具设计要点.ppt

1、2011年12月2日,LED灯具设计要点,目录,一、LED照明设计的技术特点 二、LED照明应用 三、LED灯具的标准 四、LED灯具设计要点 五、其它厂家的灯具设计,小尺寸,多色彩,可调控,超性能,LED照明设计的技术特点,技术优势,散热设计,生产工艺,光效,照明级LED,复杂,BIN,外延片,封装,显色性,二次光学设计,视觉功效,色温,最大允许结温值,可靠性,大功率白光LED,技术劣势,LED照明设计的技术特点,LED照明设计的技术特点,LED在照明领域面临的问题： (1)发光效率。 提高LED的发光效率最主要的方法是改进半导体发光材料与LED芯片的结构和制造工艺。因此要实现200流明/瓦

2、的目标路途依然比较艰难。 (2)高功率 作为照明，单个LED输出的光通量必须足够大，欲加大LED的光通量，首先必须注入足够的电功率。但LED芯片的温升不能过高，否则各项性能特别是使用寿命会受到很大的影响。 (3)参数离散性 由于LED照明需由多个LED管组成，除了通过预选分BIN，尽量保证一致性以外，还必须设计合理的灯具结构(包括LED的排列和位置布局)和合适的驱动电路，防止烧毁部分LED，并使LED模组中整小片或整条LED熄灭，影响照明效果。 (4)散热设计 高温会造成电子产品绝缘性能退化、元器件损坏、材料的热老化等不良影响。白炽灯和放电光源可能不需太过考虑热能限制问题，但是，对于LED来说

3、，将结温维持在较低的水平是非常重要。,替换光源与灯具,个性化LED灯具,半导体建筑化应用,标准化 通用性 替代品 色温可调 颜色可变（彩色光）,符合半导体元器件特性 灯具形态突破传统光源限制 概念 时尚,与建筑构件集成 终端产品系非灯具产品 创新设计,LED照明应用,LED照明应用,灯具分类,LED灯具标准-国际,鉴于半导体照明技术的日益成熟以及飞速发展，国际标准化组织纷纷制定相关的标准，对半导体照明产品的安全、性能等方面的要求予以规范。其中，国际照明委员会（CIE）和国际电工委员会（IEC）在这方面起着主导作用。国际照明委员会制定的LED相关标准侧重于基础理论和测试方法方面，对整个行业都具有

4、重要的指导作用；国际电工委员会侧重于对半导体照明器具的安全、性能及电磁兼容要求进行规定，是许多国家和地区制定本地标准的主要依据，也是企业开展生产的重要指导。,LED灯具标准-国际,国际照明委员会（International Commission on Illumination，简称CIE）是一个独立的、公益性的学术组织，致力于推动光学和照明、色彩和视觉以及图像技术领域的国际合作和信息交流. 技术报告： CIE127:2007LED测量方法 仅规定单一的LED的检测方法 CIE177:2007白光LED的显色性评估CIE显色指数对白光LED的适用性技术标准： CEI/IEC 62471:2006

5、灯与灯系统的光生物安全性,LED灯具标准-国际,IEC于1906年成立于伦敦，是世界上最早成立的国际标准化团体，主要负责制定电气和电子领域的国际标准。目前，IEC已成立了约179个技术委员会（TC）和分技术委员会（SC），以及700个项目组（project teams）/维护组（maintenance teams）。在半导体照明设备领域，IEC目前的主要工作内容集中在对LED模块及其连接器的安全要求、LED控制电路安全要求、自镇流LED灯的安全及性能要求以及LED的光辐射要求等方面。此外，LED灯具还得符合IEC有关灯具的安全要求和电磁兼容要求。 上述要求主要由三个技术委员会负责制定：TC 3

6、4（灯和相关设备）、TC 76（光辐射安全和激光设备）和CISPR（国际无线电干扰特别委员会）。以下分别对这三个技术委员会及其制定的相关标准进行简要介绍。,LED灯具标准-国际,LED灯具标准-国际,LED灯具标准-国内通用标准,LED灯具标准-日本,日本是全球重要的LED产业基地之一，也是LED技术实力最强的国家，掌握着大部分的LED高端市场。LED照明产品要进入日本市场，首先要满足电气用品安全法及其相关实施法规的要求。目前LED产品中受电气用品安全法管控的主要是电源模块，如果电源是外置的，则需依据J61347-2-13（即JIS C 61347-2-13）进行检测，合格之后加贴菱形PSE标

7、志。在电磁兼容方面，则要满足J55015标准，这也是强制性的。 此外，还有一些安全标准日本法规中并没有作强制性要求，如JIS C 8154、JIS C 8121-2-2、J60968、J60598系列、JIS C 6802等，但企业也应该参照这些标准进行生产，以保证产品的质量。在LED照明产品的性能要求方面，JIS C 8153规定了LED模块用交直流控制装置的性能要求,LED灯具标准-美国,美国市场对于半导体照明产品的安全要求主要体现在LED模块、控制模块、电源、灯具及相关配件上。其中，UL Subject 8750为LED模块、控制模块、电源提出了详细的安全要求，此外，电源安全还可参照UL

8、 1310、UL1012或UL 60950-1中的相应规定。而UL 1598、UL 1993、UL 1574等系列UL有关传统照明设备的标准为半导体照明的终端产品提出了安全规范。如果要顺利进入美国市场，企业需要将以上要求综合进行考量。,灯具适用的标准（UL),UL8750 用于灯具产品的发光二极管光源安全通则,LED灯具标准-美国,LED灯具标准-美国,灯具适用的标准-美国,能源之星（Energy Star） 推荐标准 由美国环保署（EPA）所启动，目的是为了降低能源消耗及减少发电厂所排放的温室效应气体。属自愿认证，自发配合此计划的厂商，就可以在其合格产品上贴上能源之星的标签。,电磁兼容要求

9、辐射与传导限值 FCC Part 18.305（47 CFR 18.305）和FCC Part 18.307（47 CFR 18.307）规定了照明设备的辐射和传导限值,高效率、 高可靠性,非常高的功率/性能比 稳定的色彩输出 LED的使用寿命 改善系统的整体可靠性,LED照明设计要点,技术要点,1）LED规格色温、显色指数、色坐标、光谱（颜色）* 2）LED模组设计LED的排列组合、整灯光通量 3）配光设计透镜、反射器 4）驱动电源适配灯具、可靠性 5）控制技术智能、方便 7）散热设计系统热量控制、系统散热通道、散热技术 8）整灯安全要求 灯具IP、装配简单、使用维护方便 9）成本控制价格,

10、LED照明设计要点-LED规格,红 琥珀色 绿色 青色 蓝色 品蓝,LED照明设计要点-LED规格,白光的合成途径 一、RGB合成，红光LED+绿光LED+蓝光LED合成，现在红绿蓝LED转换效率分别达到30%，13%和25%，通过进一步提高蓝绿光LED的流明效率，则白光流明效率可达到200lm/w。优点：可做高显色指数LED,要解决的主要技术难题是提高绿光LED的电光转换效率，目前只有13%左右，同时成本高。 二、LED+不同色光荧光粉： 1、紫外或紫光LED+RGB荧光粉来合成LED，这种工作原理类似日光灯，其中紫光LED的转换系数更高，可达80%，各色荧光粉的量子转换效率可以达到90%，

11、 2、用蓝光LED+红绿荧光粉，蓝光LED效率60%，荧光粉效率70%；还有是蓝光LED+黄色荧光粉来构成白光。,LED的性能指标-LED规格,白光的合成途径,LED照明设计要点-LED规格,LED照明设计要点-LED规格,设计中的注意事项 一、采用恒流驱动: 恒流驱动让LED在恒定电流的条件下工作, 可在LED温度变化时，稳定电路工作电流，而不至于如恒压驱动在温度上升时，虽Vf下降造成电路电流的价格，并造成正反馈。 二、LED 的使用电流不能超过LED的IF电流 过流的工作会使LED寿命很快下降,如果超出过多,就会马上把LED烧坏， 三、LED 的温度: LED使用中的Tj、回流焊时的温度、

12、组装时的焊接温度 四、 LED 产品的密封 LED属电子产品，面临着防水、防潮的密封问题，如果处理不好就会直接影响LED 产品的使用寿命。,LED照明设计要点-LED规格,五、焊接注意事项 焊接温度： 焊接温度在260左右,时间控制在5S以内,焊接点离胶体底部在2.5mm以上，电烙铁一定要接地。不允许模组带电作业。 静电放护 LED 产品在加工生产的过程中要采用一定的防静电措施，如：工作台要接地，工人要穿防静电服装，带防静电环，以及带防静电手套等，有条件的可以安装防静电离子风机，同时也要保证车间的湿度在65%左右，以免空气过于干燥产生静电。,LED照明设计要点-配光设计,LED与透镜的配套 透

13、镜的LED光色与输出的光色 透镜本身的物理和机械特性 玻璃、PC（扩散、透明）、PMMA 光学效率 光束角,LED照明设计要点-配光设计,LEDs散热设计的重要性,目标1: Higher Flux LEDs. 提高LED的效率 提高电流 (功率) 更高的片/结温 (Tj),目标2: 高性能 LEDs 光学性能 高可靠性 依赖于片/结温 (Tj),事实上LED需要能够应付三个潜在的散热源：自发热、环境温度和LED电子控制。 热传模式: 传导 对 LEDs最重要 对流 对 LEDs次重要 发散 不重要 好的设计是控制LED的结温Tj,LED照明设计要点-散热设计,热能模式,RQ 结 金属片,RQ金

14、属片- 板,RQ 板 环境,Pd = Vf * If,环氧板,非导电层,Board 散热接口,Metal-core PCB,LED照明设计要点-散热设计,Bent (Not Flat) Plate,Air gap,LED照明设计要点-散热设计,接口阻抗要素 表面的平坦度 对薄板来说很差 毛刺是个问题 材料的接触硬度 接触阻抗 (跟压力有关) 旋转式 孔型 (螺纹或者通孔) 表面粗糙度 空隙的变化 任何提高空气间隙的因素都能提高接口阻抗。,Off Center Holes,Q,Rct =DT/Q Contact Resistance,Interface Resistance,Figure 1-

15、Close up of two flat plate touching each other.,Figure 2- Macroscopic air gaps between Luxeon MCPCB and plate.,使用接口材料的影响,为了在 MCPCB 和 散热器之间减少接口阻抗，消除空气间隙.，因此: 用带平面的散热器。 用刚性的材料做散热器。 用带螺钉固定的散热器。 接触表面要光滑。 如果可能，用导热基带或者导热胶来填充间隙。 注意：用导热基带或者导热胶来填充MCPCB和散热器之间的空隙非常有效。,间隙材料,间隙材料对照表 Glue Loctite 383 k=.60 W/mK * RQ = 1.5C/ W Glue AmiconE8502 k=1.2 W/mK * RQ = (see DS) Tape Bond Ply 105 k=(see DS) RQ = 3.0C/ W Grease AOS HTC-6 k= 2.5 W/mK * RQ = 0.01C/W* *Values taken from data sheets. * DS stands for data sheet.,其它厂家的灯具设计 赏析,技术创新Driver with Self Learning, IGUZZINI,自我学习功能（Self Learning）是一个新的发