LED燈具設(shè)計(jì)知識(shí)ppt

1、燈具設(shè)計(jì)燈具設(shè)計(jì)de內(nèi)容內(nèi)容本文由東莞市朗森半導(dǎo)體照明有限公司（http:/ -燈具有別于其他電器的內(nèi)容; -環(huán)境對(duì)照明和燈具的要求 照明質(zhì)量和燈具配光 -燈具設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容: *電氣安全要求 -光源 燈具 *配光設(shè)計(jì)技術(shù) -效率 配光和發(fā)光后的感覺 *燈具與光源的匹配 燈具創(chuàng)新設(shè)計(jì)的著眼點(diǎn) 配光-摸清照明場(chǎng)所的要求; 效率-采用新材料和工藝; 發(fā)光后的感覺-開發(fā)新光路和新材料; 價(jià)格-保持或提高質(zhì)量,降低成本.新光源(LED)新對(duì)待新設(shè)計(jì). 使用LED顆粒做燈具; 使用LED顆粒做成的模組(做燈泡); 用LED模組做燈具.一一.燈具的特點(diǎn)燈具的特點(diǎn): 1.燈具是一個(gè)低壓電器,必須遵循一般電器

2、的要求和設(shè)計(jì)規(guī)則: 1)電器安全安全要求(共性的共性的)-防觸電防觸電絕絕緣材料溫度緣材料溫度等級(jí) IP EMC 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)安全等; 2)電器性能性能要求(異性異性的)-不同電器性能迥異 (1)電力方面 電動(dòng)機(jī):用電產(chǎn)生動(dòng)力; 發(fā)電機(jī):機(jī)械能變電能; 變壓器:輸配電力; 繼電器和接觸器:輸配電力指令的實(shí)施; 開關(guān):實(shí)時(shí)操控需要; (2)用電器方面 焊接機(jī) 家用電器照明器具照明器具 電動(dòng)工具等2.燈具不同于一般用電器的主要內(nèi)容燈具不同于一般用電器的主要內(nèi)容 1)內(nèi)部有一個(gè)溫度遠(yuǎn)高于其它電器的發(fā)高熱高熱的光源,熱熱的關(guān)注和處理是重要內(nèi)容重要內(nèi)容.傳統(tǒng)光源的熱是會(huì)影響它的周圍環(huán)境(燈具內(nèi))中的材料甚至

3、影響燈具外的物體,如: 埋地?zé)舻谋砻鏈囟?筒燈的上部溫度更重要的是當(dāng)今光源新秀LED對(duì)溫度特別敏感,溫度越高,光輸出越減少.必須對(duì)溫度特別關(guān)注,從而產(chǎn)生了“熱管理熱管理”的課題.2)燈具是一種與人(不管什么人,非內(nèi)行人)會(huì)親密接觸的低壓電器產(chǎn)品 所以要:絕對(duì)不會(huì)觸電; 絕對(duì)不會(huì)燙人和燃燒; 除專業(yè)產(chǎn)品外,不教就會(huì)使用且 沒有固定的使用的人員; 有一定的使用壽命; 非24小時(shí)工作制的居多,但也要 能24小時(shí)工作.設(shè)計(jì)產(chǎn)品和制訂標(biāo)準(zhǔn)時(shí)一定要考慮上述內(nèi)容. 3)如何控制和利用光源發(fā)出的光是燈具設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容,包括: 如何讓光源長(zhǎng)壽命-環(huán)境和配件; 如何讓光源發(fā)出更多的光-高頻,降溫; 怎樣利用好光源

4、發(fā)出的光線,效率高-光學(xué)設(shè)計(jì); 讓有用的光線越多越好-燈具和照明; 保證光源運(yùn)行中的安全,如在危險(xiǎn)氣氛 振動(dòng)環(huán)境等二二.燈具設(shè)計(jì)內(nèi)容燈具設(shè)計(jì)內(nèi)容: 一個(gè)好的燈具應(yīng)該是充分利用光源光線(光通量),通過設(shè)計(jì)有效的控制光線手段,得到按照明場(chǎng)所需要的光強(qiáng)分布-光光學(xué)設(shè)計(jì)學(xué)設(shè)計(jì).同時(shí)又能提供保護(hù)人和環(huán)境防范觸電和引起周圍環(huán)境的不安全(火災(zāi) 跌落等)-電氣安全設(shè)計(jì)電氣安全設(shè)計(jì)和熱設(shè)計(jì)熱設(shè)計(jì).還有維持光源的電氣連接和正常工作,適合在工作場(chǎng)所中的使用需要和長(zhǎng)期工作,方便維護(hù)工作,也十分重要-結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì). 此外,外觀造型上的美學(xué)也變得越來越重要了.燈具設(shè)計(jì)包涵兩大內(nèi)容和一個(gè)原則燈具設(shè)計(jì)包涵兩大內(nèi)容和一個(gè)原

5、則: -功能設(shè)計(jì)功能設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)出滿足上述各項(xiàng)要求的產(chǎn)品,完全滿足和達(dá)到各項(xiàng)功能要求(照明 節(jié)電 操作 可替換等); -壽命設(shè)計(jì)壽命設(shè)計(jì) 有一代人的使用壽命,10-20年. 期間,除更換損壞的光源外,其余部件只要保養(yǎng),不需更換. 因此,材料和處理的選擇至關(guān)重要; -經(jīng)濟(jì)性原則經(jīng)濟(jì)性原則 在達(dá)到同樣性能的情況下,越簡(jiǎn)單和越經(jīng)濟(jì)越好,不能功能有余或殺雞用牛刀.1.功能設(shè)計(jì)-照明功能為主照明功能為主 使用場(chǎng)所的:-工作目的; -人員視覺工作狀態(tài); -需要的光線在不同角度上 的數(shù)量和質(zhì)量; -光的衰減問題. 照明要求大多來者現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn),制作的燈具必須適用的現(xiàn)行照明標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容(國(guó)內(nèi)外). 功能設(shè)計(jì)-安全保證為

6、主安全保證為主 使用場(chǎng)所的環(huán)境-使用工況; -工作人員的使用狀態(tài); -它不影響外界和外界不 影響它的考慮; -保證安全的壽命期. 適用的現(xiàn)行的電氣安全標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容.功能設(shè)計(jì)-使用和維護(hù)為主使用和維護(hù)為主 使用場(chǎng)所的-安裝燈具的位置和方式; -燈具維護(hù)(含換光源)的方式; -零部件和整體的壽命; -表面與環(huán)境的協(xié)調(diào)性.2.壽命設(shè)計(jì)-系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題 照明壽命 電氣壽命和機(jī)械壽命同步. 總體考慮: 1)長(zhǎng)期的:20年; 2)短期的:1-2年; 3)臨時(shí)的:一個(gè)季節(jié).長(zhǎng)期的: 壓鑄鋁 不銹鋼 型材 鍍鋅鋼管; 不同類型各種耐侯塑料; 如:涂漆/塑的壓鑄鋁外殼短期的: 鋼板涂漆,鍍鋅緊固件,一般塑料 如:涂漆

7、鋼板外殼臨時(shí)的:節(jié)慶活動(dòng) 一般塑料件. 節(jié)日燈串.三.按照明要求分析光線的重要性 1.創(chuàng)造好的光環(huán)境是燈具的主要作用. 不能理解為達(dá)到需要照度就完事! 照度中有好的照度和壞的照度, 同樣是500lx,效果迥異. -看作業(yè)面看作業(yè)面 -看環(huán)境看環(huán)境 能耗相同但 四周明亮 涉及燈具設(shè)計(jì)涉及燈具設(shè)計(jì) 和布置設(shè)計(jì)和布置設(shè)計(jì)一個(gè)英國(guó)郵政辦公樓的改造實(shí)例改造內(nèi)容:辦公室和辦公桌; 燈具下加半透光吊框. 有符合光分布要求的好的配光形狀 讀寫作業(yè)的例子 以蝙蝠翼配光替代Cosn的例子Cosn的燈具形狀的燈具形狀 蝙蝠翼配光燈具形狀蝙蝠翼配光燈具形狀 垂直燈管平面上呈蝙蝠翼配光間接照明的由來 天花板上什么地方裝

8、燈都有問題那么怎樣來創(chuàng)造一個(gè)適合工作又沒有眩光的照明環(huán)境?我們將燈的亮度降下來四.舉例說明辦公室燈具光學(xué)的設(shè)計(jì) 1.幾種形式 目前有兩種形式可供選擇 -直接照明形式 光線直接從燈管/反射罩射向工 作面 -間接/半間接照明形式 從燈具發(fā)出的光線部分直接向下照到工作面,部分向上,照明天花板再反射下來照明工作面.2.直接照明燈具之一-支架燈具涂白色涂料燈具的配光光學(xué)計(jì)算的基本規(guī)則一個(gè)例子計(jì)算配光曲線可將這兩部分迭加. 紅色曲線+綠色曲線=藍(lán)色曲線提高支架燈具效率的途徑提高支架燈具效率的途徑 A.增加白色涂料的反射率是提高燈具出光效率的有效途徑.高反射率白色材料的分類-分為兩類 1)98%以上材料-纖

9、維類 為什么積雪是白色的?而雪花卻是透明的! 將極細(xì)的透明纖維壓在一起可獲得高反射板. 反射率犢在97%以上. 如:DUPON板,德國(guó)Trocellen的微孔PET板,WhiteOptics的White97 Film板等.一種IEJ的白色反射材料的反射光譜圖一種e-PTFE膜(膨化了的聚四氟乙烯膜)的反射率達(dá)98%以上見電鏡構(gòu)成圖和光譜反射率圖.說明透明纖維壓縮后可獲得高反射率膜!2)92%以上的材料-噴涂類(表面涂層類) 日本住友金屬工業(yè)株式會(huì)社的白色高反住友白板的性能如下目前國(guó)產(chǎn)的塑粉也有達(dá)到92%的品種. 圓漸開線的作用和獲得3.直接照明燈具之二-格柵燈具1)格柵燈的種類1高反射率涂飾的

10、格柵的效率很高.格柵的透過率: =f12+53(1- f12)2/2RCR(1- 3)+ 53(1- f12)其中: RCR=5h(W+L)/WL f12 = e 1.184RCR+0.00535RCR-0.011格柵保護(hù)角約300的RCR=6的情況: 3 =0.7 , = 0.72 3 =0.92 , =0.936. 22)格柵的計(jì)算等保護(hù)角格柵的計(jì)算蝙蝠翼配光的反射器設(shè)計(jì)屏幕上反射光線的由來1燈具出光口面上的亮度分類來自IESNA對(duì)兩度的要求4.直接照明燈具之三-棱鏡的種類和設(shè)計(jì) 1)Macphail棱鏡設(shè)計(jì)2)Holophen 減低直接眩光的透鏡實(shí)際的形狀5.間接/半間接照明燈具設(shè)計(jì)例一

11、設(shè)計(jì)例二五五.燈具光學(xué)設(shè)計(jì)的幾個(gè)重要內(nèi)容燈具光學(xué)設(shè)計(jì)的幾個(gè)重要內(nèi)容 利用反射或折射的原理,合理設(shè)計(jì)和選擇這些光學(xué)部件(也稱反射器和折射器)的線度 面形或材質(zhì),盡可能多地收集光源發(fā)出的光線后將它們輸送到需要的方向上去.鏡面 擴(kuò)散 漫射 透明 半透明 反射 折射1。知己和知彼。知己和知彼,百戰(zhàn)不殆百戰(zhàn)不殆 a.必須選擇合適光源(功率 光通量)和配光曲線； b.必須根據(jù)照明場(chǎng)所作業(yè)的內(nèi)容和要求確定需要的配光曲線。 光源的配光曲線 書寫作業(yè)需要的蝙蝠翼配光 燈具的作用之一就是完成這個(gè)任務(wù)-光通量的再分配.能量轉(zhuǎn)換過程中必須遵守能量守恒定律: 1)光源光通=燈具光通/利用效率 2。利用幾何光學(xué)的基本定律

12、改變光線方向。利用幾何光學(xué)的基本定律改變光線方向達(dá)到改變光通量分配的目的達(dá)到改變光通量分配的目的 反射-反射定律 入射角等于反射角，a=b; 入射光線和反射光線在一個(gè)平面內(nèi) 透射-折射(Snell)定律 入射光線和折射光線在一個(gè)平面內(nèi); 入射角和折射角滿足： n1sin =n2 sin n1和n2分別為入射媒質(zhì)和折射媒質(zhì)的折 射率等亮度原理3。將上述定律結(jié)合到各種形式的反射或透。將上述定律結(jié)合到各種形式的反射或透射面型中，得到不同的控光效果。射面型中，得到不同的控光效果。 用拋物線 用橢圓 得 平行光 會(huì)聚光 用透鏡得 到平行光 棱鏡的折射 擴(kuò)散光 4.必須了解光源發(fā)光體的大小對(duì)上必須了解光源

13、發(fā)光體的大小對(duì)上述配光帶來的影響述配光帶來的影響. 圓球光源置于拋物線 圓球光源置于透鏡5.成像光學(xué)和非成像光學(xué)1照明應(yīng)用中,許多是不要成像或要破壞成像的.MR16的反光杯做成龜板樣的原因：6。光通量方向的轉(zhuǎn)移 反射器內(nèi)小面元上光線的轉(zhuǎn)移：轉(zhuǎn)移中的內(nèi)容轉(zhuǎn)移按照反射定率7。光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)不是單值解 可以得到相同配光的兩種形狀的反射器8。燈具配光曲線的說明空間的環(huán)帶及其說明燈具配光分布采用的三種坐標(biāo)系統(tǒng)C-和B-系統(tǒng)的圖示一個(gè)平面內(nèi)配光的表達(dá)一個(gè)平面內(nèi)配光的表達(dá)1路燈常用的表達(dá)方式道路的邊線不是直線道路的邊線是直線六.應(yīng)考慮的其它問題 燈具恐怕是發(fā)熱最高的用電器具,特點(diǎn): 1.溫度特別高溫度特別高:

14、光源是熾熱體,燈泡玻璃殼體的表面溫度有的在300多度,燈頭處的溫度白熾燈泡有150多度,功率大的HID光源有200多度. 2.使用時(shí)間特別難控制使用時(shí)間特別難控制:有的甚至是連續(xù)工作. 3.使用的地方和它周圍的環(huán)境特別不清楚使用的地方和它周圍的環(huán)境特別不清楚:安裝高度,與人和與物的距離,安裝面都變化多樣. 燈腔的體積燈腔的體積太小太小和和形狀形狀將將嚴(yán)重影響光源壽命光源壽命.1）關(guān)注光源周圍環(huán)境溫度(光源吸收反射光) 盡量減少?gòu)姆瓷淦鞣瓷涞墓饩€回到光源，延長(zhǎng)電弧管或燈絲壽命； HPS燈裝入反射器后的最大溫度,都有規(guī)定: HPS燈裝入燈具后的最大管壓升:金鹵燈也有類似問題 2)降低光源封接處的溫度,延長(zhǎng)封接處壽命,如鹵鎢燈鉬箔封接處的溫度要270C. 特別是封閉使用的鹵鎢燈,如航空信號(hào)用的燈具.安裝散熱片.3)燈具效率的認(rèn)知 光源裝入燈具后其工作狀態(tài)(功率 管壓等)發(fā)生變化,與裸燈工作完全不同,就會(huì)產(chǎn)生下面的情形:為此: -將上面的比值稱為燈具光輸出比,不稱為燈具效率; -過高的效率,如HPS的路燈效率在80%,要注意燈泡的管壓升,在85%或以上肯定有問題! 此問題同樣出現(xiàn)在熒光燈的燈具!要注意. 由IEC60598（GB7000）中規(guī)定了外殼各部位和各種材料的最高溫度 光源重要部位材料上或封接處的最高溫度,另外電器元件也都有最高溫度tc/tw.應(yīng)以此作限