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LED照明系统设计详细步骤介绍

作者:时间:2012-09-11来源:网络收藏

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/167531.htm

三:估计光学、热和电气的效率

过程中最重要的参数之一是,需要多少个才能满足目标。其他的决策都是围绕数量展开,因为数量直接影响光输出、功耗以及成本。

查看LED数据手册列出的典型光通量,用该数除设计目标流明,这种方法很诱人。然而,此方法太简化了,依此设计将满足不了应用的要求。

LED的光通量依赖于多种因素,包括驱动电流和结温。要准确计算所需要的数量,必须首先估计光学、热和电气系统的无效率。以前原型机设计的个人经验,或者本文提供的例子数量,都可以作为指南来估计这些损失。本节对估计这些系统损失的过程进行简述。

光学系统效率

通过考察光损失估计光学系统的功效。要估计的两种主要的光损失源为:

1.次级光学器件

次级光学器件是不属于LED本身的所有光学系统,如LED上的透镜或扩散片。与次级光学器件相关的损失根据使用的特定元件的不同而变化。通过各次级光元件的典型光学效率在85%和90%之间。

2.灯具内的光损失

当光线在到达目标物之前,打到灯具罩上时,就产生了灯具光损失。某些光被灯具罩吸收,有些则反射回灯具。固定物的效率由的布局、灯具壳的形状及灯具罩的材料决定。如图2所示,LED光具有方向性,可达到的效率比全方向照明可能达到的要高得多。

 LED照明系统设计指南完全版

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对示例中的照明,如果照明需要次级光学器件,则只存在次级光损失。次级光学器件的主要目的是改变LED的光输出图像。曲线2将Cree XLamp XR-E LED的光束角度与目标灯具的光输出图像进行了比较。裸LED的光束角度与目标灯具的非常相似,所以不需要次级光学器件。因此,对本示例照明,不存在次级光学器件引起的光损失。

要计算本CFL示例的灯具损失,我们假定灯具反射杯的反射率为85%,60%的光将打到反射杯上。因此,光学效率为:

热损失

LED的相对通量输出随着结温的上升而降低。大多数LED数据手册都列出了25℃下的典型光通量值,而大多数LED应用都采用较高的结温。当结温Tj > 25℃时,光通量肯定比LED数据手册给出的值差。

LED数据手册中有一个曲线,给出了相对光输出与结温的关系,例如如曲线3所示的XLamp XR-E白色LED。该曲线通过选择特定相对光输出或者特定结温,给出了其它特性值。

对本CFL示例,其照明只是为屋顶通风的商业建筑设计的。本设计基于所列的设计目标,对光输出、功效和使用寿命的优先次序进行了划分。

XLamp XR-E LED额定为5万小时后提供平均70%的流明维持率,结温保持在80℃或以下。因此,CFL示例的最高合适结温为80℃。对应的最小相对光通量为85%,如曲线3所示。这一85%相对光通量是对本例照明热功效估计的值。

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电气损失

LED驱动电子设备将可用功率源(如墙体插座交流电或电池)转换成稳定的电流源。这一过程与所有电源一样,效率不会达到100%。驱动器中的电气损失降低了总体照明效能,因为把输入功率浪费在发热上了,而没有用在发光上。在开始设计LED系统时,就应考虑到电气损失。

典型LED驱动器的效率在80%到90%之间。效率高于90%的驱动器的成本要高得多。要注意,驱动器效率可能随输出负载而变化,如曲线4所示。应指定驱动器工作在大于50%输出负载下,以使效率最大,并使成本最低。

曲线4示例的LED驱动器效率与负载的关系

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