菜鳥通知注意!LED光學設計的基礎知識科普
發布時間:2015-02-04 責任編輯:echolady
【導讀】近年來,LED市(shi)場(chang)很(hen)火(huo)爆(bao)。尤(you)其(qi)是(shi)特(te)殊(shu)光(guang)源(yuan)備(bei)受(shou)關(guan)注(zhu)。如(ru)果(guo)想(xiang)要(yao)某(mou)種(zhong)特(te)殊(shu)的(de)光(guang)做(zuo)照(zhao)明(ming)使(shi)用(yong),必(bi)須(xu)要(yao)對(dui)這(zhe)個(ge)光(guang)源(yuan)進(jin)行(xing)處(chu)理(li)。所(suo)以(yi)光(guang)學(xue)設(she)計(ji)應(ying)運(yun)而(er)生(sheng)。本(ben)文(wen)就(jiu)來(lai)為(wei)大(da)家(jia)普(pu)及(ji)一(yi)下(xia)LED光學設計需要注意的重要基礎知識。
LED是(shi)點(dian)光(guang)源(yuan),不(bu)同(tong)於(yu)目(mu)前(qian)市(shi)場(chang)上(shang)的(de)節(jie)能(neng)燈(deng)或(huo)白(bai)熾(chi)燈(deng)。點(dian)光(guang)源(yuan)顧(gu)名(ming)思(si)義(yi)也(ye)就(jiu)是(shi)一(yi)個(ge)點(dian)發(fa)出(chu)的(de)光(guang)亮(liang),而(er)這(zhe)個(ge)點(dian)發(fa)出(chu)光(guang)還(hai)同(tong)時(shi)具(ju)有(you)另(ling)一(yi)個(ge)重(zhong)要(yao)特(te)征(zheng),那(na)就(jiu)是(shi)隻(zhi)有(you)一(yi)方(fang)向(xiang)上(shang)有(you)光(guang)(所有傳統的背麵反光罩對於LED本身來說是沒有任何意義的)。如(ru)果(guo)我(wo)們(men)想(xiang)要(yao)用(yong)這(zhe)種(zhong)特(te)殊(shu)的(de)光(guang)來(lai)做(zuo)照(zhao)明(ming)使(shi)用(yong),就(jiu)必(bi)須(xu)對(dui)這(zhe)個(ge)光(guang)進(jin)行(xing)一(yi)定(ding)的(de)處(chu)理(li),才(cai)可(ke)以(yi)達(da)到(dao)我(wo)們(men)的(de)要(yao)求(qiu)和(he)目(mu)的(de),所(suo)以(yi)我(wo)們(men)要(yao)加(jia)上(shang)光(guang)學(xue)設(she)計(ji),把(ba)這(zhe)個(ge)相(xiang)對(dui)集(ji)中(zhong)的(de)點(dian)光(guang)源(yuan)變(bian)成(cheng)具(ju)有(you)一(yi)定(ding)角(jiao)度(du)的(de)散(san)光(guang),這(zhe)也(ye)就(jiu)是(shi)大(da)家(jia)所(suo)熟(shu)悉(xi)的(de)草(cao)帽(mao)LED,草帽LEDshizhuanyeyongyuzhaomingshejideyizhongfengzhuangxingshi,yifangmiantakeyirangguangxiancongyigejizhongdedianguangyuanbianchengjuyouyidingjiaodudesanguangyuan,lingyifangmian,tajuyougengshaodeguangshuaixiaoguo,erranggengduodeguangtoushechulaiweiwomensuoyong。
雖然草帽LED在(zai)光(guang)學(xue)角(jiao)度(du)上(shang)有(you)了(le)質(zhi)的(de)飛(fei)躍(yue),但(dan)相(xiang)對(dui)我(wo)們(men)所(suo)熟(shu)悉(xi)的(de)麵(mian)光(guang)源(yuan)來(lai)講(jiang),它(ta)依(yi)舊(jiu)是(shi)一(yi)個(ge)點(dian)光(guang)源(yuan),因(yin)其(qi)亮(liang)度(du)過(guo)於(yu)集(ji)中(zhong),如(ru)果(guo)人(ren)眼(yan)直(zhi)接(jie)看(kan)向(xiang)光(guang)源(yuan),還(hai)是(shi)會(hui)對(dui)我(wo)們(men)的(de)眼(yan)睛(jing)造(zao)成(cheng)一(yi)定(ding)的(de)傷(shang)害(hai)。所(suo)以(yi)在(zai)LEDzhaomingyingyongyujiatingzhaomingdengzhong,womenhaiyaojinyibujinqiguangxianjinxingchuli,zaizengjiayidingdeguangxuesheji,erdadaorenyankeyizhijieguancedemude,tongshirouheguangxian,lingyifangmianhaiyaozaicifangdaqizhaoshejiaodu,suirancaomaoLED本身已經做到120度(du)範(fan)圍(wei),但(dan)如(ru)果(guo)直(zhi)接(jie)應(ying)用(yong)於(yu)家(jia)庭(ting)照(zhao)明(ming),給(gei)我(wo)們(men)的(de)感(gan)覺(jiao)是(shi)屋(wu)頂(ding)上(shang)表(biao)現(xian)出(chu)來(lai)是(shi)一(yi)片(pian)漆(qi)黑(hei),我(wo)們(men)要(yao)利(li)用(yong)燈(deng)具(ju)最(zui)外(wai)麵(mian)的(de)透(tou)明(ming)罩(zhao)把(ba)光(guang)線(xian)再(zai)次(ci)分(fen)散(san)開(kai)來(lai),從(cong)而(er)適(shi)應(ying)正(zheng)常(chang)的(de)家(jia)庭(ting)照(zhao)明(ming)。
大功率與小功率LED的區別
隨著LED技術的不斷發展,人們為適應大麵積照明而研發出功率越來越大的單顆LED芯片,目前全球最前沿已經可以做到單顆LED功率為200W以上,雖然功率可以做到很大,但其性價比並不佳。下麵以我們以常見的幾種LED為例做一個分析。
目前業內大量使用的都是單顆0.06W功率,其亮度最大可以做到7LM,我們暫按普通的做到6LM計算,如果要讓功率達到1W,我們需要用17個同樣的 LED,其總亮度為17*6=102LM,也就是說可以做到100LM/W,如果我們采用單顆芯片為1W的功率,其輸出的亮度最高做到80LM,常用的一般在60LM左右,這是亮度上的一個主要區別,由此可見,對於家庭使用來講,我們還是要選擇小功率的LED比較合適。
從產品成本角度講,大功率的LED成本要高於小功率的成本,這來自於兩個方麵,一是LED本身的造價,二是大功率的LED要加鋁散熱片,小功率隻要用普通電路板,加上自然散熱就可以達到要求。
從產品日後維護成本來看,如果我們的燈具在使用中出現故障,可以找任何一家電器修理店去更換損壞的LED,一顆0.06W的LED成本最多1元錢,加上維修費也不超過5元,如果是更換1顆1W的LED,LED成本就要8元,加上維修費用就要15元左右。而相對來講,小功率的LED市場上隨便一個電子市場都可以采購到,大功率的則不一定哪裏都可以買到。
LEDzouxiangdagonglvshiyigeshichangqushi,yeshiweilaifazhandezhuliu,danmuqianyouyujishushanghaiweinengdadaowomensuoqiwangdejieguo,congjishujiaodujiang,muqianhaibutaishiheyongyujiatingzhaoming。
散熱設計的重要性
LED本ben身shen是shi半ban導dao體ti器qi件jian,所suo有you半ban導dao體ti器qi件jian正zheng常chang工gong作zuo都dou有you一yi定ding的de溫wen度du要yao求qiu,包bao括kuo環huan境jing溫wen度du和he工gong作zuo溫wen度du。一yi般ban半ban導dao體ti器qi件jian正zheng常chang工gong作zuo的de環huan境jing溫wen度du都dou要yao低di於yu80度,當 LED內部的PN結溫度到達140dudeshihou,jiuhuishixiao。zhengchanggongzuoshiqizishendewenduhuitongguoyinjiaohuozhuanyongdizuosanfachulai,jinerzaitongguolianjiezaiyinjiaoshangdedianlubanhuolvjibanxiangsizhoudekongqizhongsanfachuqu,yibaozhengLED的正常工作。一般來講單顆功率大於0.2W以上,都要采用鋁基板做散熱,再大功率還要增加鋁殼和鋁散熱片。當然這與整個燈內LED的數量和密度有關,過於集中的小功率LED同樣要考慮散熱設計。這如同於各位身邊的每一件電子產品,如:電視機、顯示器、計算機主機等。不正確的散熱設計會直接導致LED壽命縮短和加快光衰速度。
1.現在大部分的結溫上限都能做到120度左右,目前cree的應該算是較高的,為150度。
2.燈deng珠zhu熱re阻zu根gen據ju封feng裝zhuang材cai料liao結jie構gou不bu同tong而er不bu同tong,有you些xie多duo芯xin片pian的de高gao達da幾ji十shi,單dan芯xin片pian的de一yi般ban都dou是shi個ge位wei數shu,頂ding多duo十shi幾ji,當dang然ran這zhe直zhi接jie關guan係xi到dao結jie溫wen,算suan是shi關guan係xi到daoLED壽命,光效等的重要參數了。
3.目前大部分LED燈具設計壽命都是20000~50000H,這由許多因素決定,首先IC等的壽命就限製了整燈的壽命。
4.結構布局上從散熱方麵來說其實就是接觸熱阻與導熱瓶頸的問題,這涉及較多,不好列出。總的來說就是結構一體,大麵積良好接觸。PCB上麵燈珠盡量平均分布就是了,避免熱源集中。
5.驅動效率當然越高越好,布局上盡量原理最大熱源,也就是LED燈珠。可采用灌膠等方式,達到散熱固定絕緣的效果。
綜合考慮:良好的散熱設計溫升最好控製在35以下。結溫80以下。理論壽命50000以上。
目前的散熱設計難題
1.自然散熱受空間限製太大(輻射散熱本身影響較小,且受空間尺寸限製)。
2.自然散熱麵積改善空間有限(對流散熱有限)。
3.目前都采用金屬部件做散熱器,較小空間內熱傳導已經足夠。(散熱器溫差較小,導熱係數影響較小)。
4.大部分的散熱設計都隻能集中在燈珠選擇,散熱麵積,界麵接觸熱阻,輻射散熱上麵。幾乎窮途末路。
5.目前狀況,散熱設計的突破點在燈具係統的散熱設計,是一個實際生產製造,材料配件,結構造型與散熱設計各種經驗相結合的成果。
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