基于Matlab仿真的大、小功率LED陣列光照度分布對(duì)比研究

1、基于Matlab仿真的大、小功率LED陣列光照度分布對(duì)比研究提綱：回顧基于Matlab仿真的LED陣列光照度分布研究的歷史和小功率仿真的情況（100字）；仿真的方法，模型的建立與參數(shù)調(diào)試，突出兩種LED最大排列間隔的計(jì)算（3,400字）；仿真實(shí)驗(yàn)過(guò)程與結(jié)果（400字，插圖約12幅，2頁(yè)左右）；討論與結(jié)論要強(qiáng)調(diào)對(duì)實(shí)際工作的指導(dǎo)意義（300字）。正文引言LED應(yīng)用于照明領(lǐng)域具有高效率，節(jié)能環(huán)保，使用壽命長(zhǎng)和響應(yīng)時(shí)間短等諸多獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。由于其優(yōu)點(diǎn)突出，利用LED作為發(fā)光單元的燈具已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于各個(gè)照明領(lǐng)域。然而，對(duì)于LED陣列的光照度分布的仿真研究卻報(bào)道不多。福建師范大學(xué)的胡海蕾等1以及河北科技大學(xué)

2、的吳淑梅等2均對(duì)該領(lǐng)域做了初步的研究探索。以往的研究對(duì)象僅僅局限于小功率LED,那么對(duì)大功率的LED而言又會(huì)有什么特點(diǎn)呢？本文將使用Matlab工具對(duì)大、小功率LED各自的光照度分布特點(diǎn)做些比較。模型建立與參數(shù)討論2.1.LED的選取本仿真選用飛利浦公司的LXK2-PWW4-T00（LunxeonK2worm-white）,該LED在1000mA測(cè)試電流下典型的光通量為80流明，功耗約為3瓦，其空間光強(qiáng)分布如圖13。TypicalRadiationPatternsTypicalR即resentativeSpatialRadiationPatternforWhiteLambertian/、!/1

3、/J圖1LXK2-PWW4-T00的空間光強(qiáng)分布圖2LED遠(yuǎn)場(chǎng)照射空間光強(qiáng)分布示意圖通常情況下，LED單元所照射的目標(biāo)距離比起自身直徑要大得多，因此可以將LED單元簡(jiǎn)化為一個(gè)有一定空間光強(qiáng)分布的點(diǎn)光源。其空間光強(qiáng)分布示意如圖21。從圖1可以看出，該LED的光強(qiáng)分布不是一個(gè)理想的余弦分布，該分布可以表示為i(e)=icosme0In2m二一ln(cose)當(dāng)LED照射到與其光軸方向垂直的平面時(shí)，在該平面上的光照度分布與LED的空間光強(qiáng)分布1當(dāng)時(shí)，1(e)二210，即近似，即E(r,e)二E(r)cosme0式中r為L(zhǎng)ED與該平面之間的距離，變換坐標(biāo)得zmI0E(x,y,z)=m+2(x-X)2+

4、(y一Y)2+z22代入LXK2-pww4-T00的e丁70?？梢郧蟮胢二0.646。根據(jù)文獻(xiàn)1，對(duì)于小功率LED而言e二7.5。則m二81。1/22.2.LED的排列分布由于LED是一種非相干光源，因此兩個(gè)LED對(duì)平面上某一區(qū)域的光照度為其單個(gè)的疊加(多個(gè)LED同理疊加)，則有E(x,y,z)二Idm+2dm+2zmI(x)2+y2+z22+(x)2+y2+z22式中d為兩個(gè)LED之間的距離。對(duì)于小功率LED的情況，由于其視角(通常為15度)過(guò)小，因此要考慮兩個(gè)LED單元之間的距離d增加到多大時(shí)，原點(diǎn)附近的區(qū)域的光照度不至下降很多。根據(jù)文獻(xiàn)1的計(jì)算d二0.0218m。從文獻(xiàn)2的仿真結(jié)果來(lái)看，

5、d的取值最大確實(shí)為0.0218m,如果LED間max的距離繼續(xù)增大，中間將會(huì)出現(xiàn)暗區(qū)，影響照度的均勻性。但是對(duì)于大功率的LED，由于其光強(qiáng)較強(qiáng)同時(shí)視角可達(dá)140度3，故兩個(gè)單元并排之后會(huì)使得放置中心的總光強(qiáng)有所增強(qiáng)。LED單元重合放置d=0mLED單元放置距離d=0.1mLED單元放置距離d=0.25mLED單元放置距離d=0.5m圖3LED單元的不同放置距離對(duì)中心光強(qiáng)的影響從上述的仿真結(jié)果來(lái)看，隨兩個(gè)大功率LED單元放置距離的不同，在放置中心的總光強(qiáng)也有所不同。總的來(lái)說(shuō)總光強(qiáng)是隨著放置距離增大而減小的。一方面盡可能提高利用率，另一方面考慮到便于散熱等實(shí)際應(yīng)用條件，本文取兩個(gè)大功率LED單元的

6、間隔d=0.1m作為仿真參數(shù)。相近功率條件下的對(duì)比仿真結(jié)果及分析本實(shí)驗(yàn)采用matlab7.0軟件進(jìn)行仿真。為了使模擬的結(jié)果更加符合實(shí)際的應(yīng)用情況，我們選定總功率相近條件下兩種不同功率的LED采用排列方式的情況進(jìn)行仿真分析。3.1矩形陣列的大、小功率LED的光照度分布比較選取16個(gè)3W的大功率LED單元形成相互間隔為0.1m的4X4矩陣，總功率為48W。與之對(duì)應(yīng)，選取784個(gè)小功率LED陣列為相互間隔為0.0218m的28X28矩陣，總功率為0.06WX784=47W。光源與被照射面的距離分別取3米和1米，對(duì)被照射面的光照強(qiáng)度進(jìn)行仿真。仿真的結(jié)果如圖4和圖5。aou10.80.60.4o0.20

7、10.810.20.40.6-0.41霊i:;mu:遷理:UK；.；：-0.6-0.8-0.8-0.6SOO10.80.60.40.45Y:00.2z：1I10.810.20.40.6-0.41二二;：:-:B;:阿i牒Hi-ViiiW：!：iinis：K!-0.4-0.6-0.8-0.8-0.6小功率LED中心光照度值小功率LED光照度值下降一半的半徑大功率LED中心光照度值大功率LED光照度值下降一半的半徑圖4燈距離被照射面為3米時(shí)大小功率LED照度分布比較0.80.60.40.31-0.411Z:78.22ffluuI0.20.40.60.8:itTTTTti娜:曲.：:0.6-0.8-

8、1U80.6-0.4-0.2小功率LED中心光照度值小功率LED光照度值下降一半的半徑大功率LED中心光照度值大功率LED光照度值下降一半的半徑圖5燈距離被照射面為1米時(shí)大小功率LED照度分布比較3.2圓形陣列的大、小功率LED的光照度分布比較選取12個(gè)3W的大功率LED單元形成半徑為0.1m的4X4矩陣，總功率為36W。與之對(duì)應(yīng)，選取598個(gè)小功率LED陣列為相互間隔為0.0218m的28X28矩陣，總功率為0.06WX598=35.9W。光源與被照射面的距離分別取3米和1米，對(duì)被照射面的光照強(qiáng)度進(jìn)行仿真。仿真的結(jié)果如圖6和圖7。21.510.51-0.511.51.520.511-0.51

9、.5X：oY:0Z:151.9：呦!1梟?:出：=：ir：；!：小功率LED中心光照度值21.510.511.50.511X:0.72Y:0Z:77.121-22IbimHhiiiffi.-.-0.5-0.5小功率LED光照度值下降一半的半徑大功率LED中心光照度值大功率LED光照度值下降一半的半徑圖6燈距離被照射面為3米時(shí)大小功率LED照度分布比較小功率LED中心光照度值issninE；.:.:X:0.76Y：0Z:85.16-2-1.5-1-0.50gurcfl；0.5-0.5-1.50.511.52嘗:i.i?2小功率LED光照度值下降一半的半徑大功率LED中心光照度值大功率LED光照度值下降一半的半徑圖7燈距離被照射面為1米時(shí)大小功率LED照度分布比較3.1球面陣列的大、小功率LED的光照度分布比較選取8個(gè)3W的大功率LED單元形成相互間隔為0.1m的4X4矩陣，總功率為24W。與之對(duì)應(yīng)，選取400個(gè)小功率LED陣列為相互間隔為0.0218m的28X28矩陣，總功率為0.06WX400=24WO光源與被照射面的距離分別取3米和1米，對(duì)被照射面的光照強(qiáng)度進(jìn)行仿真。仿真的結(jié)果如圖8和圖9。3210-1-23210-1-2小功率LED中心光照度值小功率LED