LED燈具設(shè)計要點

2011年12月2日LED燈具設(shè)計要點目錄一、LED照明設(shè)計的技術(shù)特點二、LED照明應(yīng)用三、LED燈具的標(biāo)準(zhǔn)四、LED燈具設(shè)計要點五、其它廠家的燈具設(shè)計

小尺寸超小外形尺寸易于成型突破傳統(tǒng)光源限制異型設(shè)計結(jié)構(gòu)尺寸最小可頻繁開關(guān)瞬間啟動，微秒級別響應(yīng)快實現(xiàn)數(shù)字化控制多色彩可調(diào)控超性能高純度真彩色色溫可變?nèi)庾V單顆LED色彩變化定向光束安全低壓無紫外紅外輻射冷啟動耗電低長壽命50KH防沖擊和震動冷光源可觸摸LED照明設(shè)計的技術(shù)特點技術(shù)優(yōu)勢散熱設(shè)計LED的出光效率系統(tǒng)壽命PCB散熱設(shè)計方法散熱與導(dǎo)熱驅(qū)動電流熒光粉環(huán)境溫度每流明成本生產(chǎn)工藝光效照明級LED復(fù)雜BIN外延片封裝顯色性二次光學(xué)設(shè)計視覺功效色溫最大允許結(jié)溫值可靠性大功率白光LED技術(shù)劣勢LED照明設(shè)計的技術(shù)特點LED照明設(shè)計的技術(shù)特點LED在照明領(lǐng)域面臨的問題：(1)發(fā)光效率。提高LED的發(fā)光效率最主要的方法是改進(jìn)半導(dǎo)體發(fā)光材料與LED芯片的結(jié)構(gòu)和制造工藝。因此要實現(xiàn)200流明/瓦的目標(biāo)路途依然比較艱難。(2)高功率作為照明，單個LED輸出的光通量必須足夠大，欲加大LED的光通量，首先必須注入足夠的電功率。但LED芯片的溫升不能過高，否則各項性能特別是使用壽命會受到很大的影響。(3)參數(shù)離散性由于LED照明需由多個LED管組成，除了通過預(yù)選分BIN，盡量保證一致性以外，還必須設(shè)計合理的燈具結(jié)構(gòu)(包括LED的排列和位置布局)和合適的驅(qū)動電路，防止燒毀部分LED，并使LED模組中整小片或整條LED熄滅，影響照明效果。(4)散熱設(shè)計高溫會造成電子產(chǎn)品絕緣性能退化、元器件損壞、材料的熱老化等不良影響。白熾燈和放電光源可能不需太過考慮熱能限制問題，但是，對于LED來說，將結(jié)溫維持在較低的水平是非常重要。替換光源與燈具個性化LED燈具半導(dǎo)體建筑化應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化通用性替代品色溫可調(diào)顏色可變（彩色光）符合半導(dǎo)體元器件特性燈具形態(tài)突破傳統(tǒng)光源限制概念時尚與建筑構(gòu)件集成終端產(chǎn)品系非燈具產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計LED照明應(yīng)用LED照明應(yīng)用燈具分類類別定義反射型自鎮(zhèn)流LED燈類似于MR16、PAR20、PAR30和PAR38的，含有LED光源和保持其穩(wěn)定燃點所必需的元件并使之成為一體的，燈頭符合GU10、B22、E14或E27的LED燈，這種燈在不損壞其結(jié)構(gòu)時是不可拆卸的。LED筒燈LED光源和保持其啟動和穩(wěn)定燃點所需元件一體化的，或驅(qū)動裝置分離式的，LED下射燈LED道路/隧道照明產(chǎn)品滿足道路/隧道照明要求的組合式LED照明裝置，除了發(fā)光二極管(LED)作為光源發(fā)光外，還包括其他部件，例如光學(xué)、機械、電氣和電子部件，并將這些部件組合成一個整體。T8/T5直管LED燈具標(biāo)準(zhǔn)-國際鑒于半導(dǎo)體照明技術(shù)的日益成熟以及飛速發(fā)展，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織紛紛制定相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，對半導(dǎo)體照明產(chǎn)品的安全、性能等方面的要求予以規(guī)范。其中，國際照明委員會（CIE）和國際電工委員會（IEC）在這方面起著主導(dǎo)作用。國際照明委員會制定的LED相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)側(cè)重于基礎(chǔ)理論和測試方法方面，對整個行業(yè)都具有重要的指導(dǎo)作用；國際電工委員會側(cè)重于對半導(dǎo)體照明器具的安全、性能及電磁兼容要求進(jìn)行規(guī)定，是許多國家和地區(qū)制定本地標(biāo)準(zhǔn)的主要依據(jù)，也是企業(yè)開展生產(chǎn)的重要指導(dǎo)。LED燈具標(biāo)準(zhǔn)-國際國際照明委員會（InternationalCommissiononIllumination，簡稱CIE）是一個獨立的、公益性的學(xué)術(shù)組織，致力于推動光學(xué)和照明、色彩和視覺以及圖像技術(shù)領(lǐng)域的國際合作和信息交流.技術(shù)報告：CIE127:2007《LED測量方法》僅規(guī)定單一的LED的檢測方法CIE177:2007《白光LED的顯色性》評估CIE顯色指數(shù)對白光LED的適用性技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：CEI/IEC62471:2006《燈與燈系統(tǒng)的光生物安全性》LED燈具標(biāo)準(zhǔn)-國際IEC于1906年成立于倫敦，是世界上最早成立的國際標(biāo)準(zhǔn)化團體，主要負(fù)責(zé)制定電氣和電子領(lǐng)域的國際標(biāo)準(zhǔn)。目前，IEC已成立了約179個技術(shù)委員會（TC）和分技術(shù)委員會（SC），以及700個項目組（projectteams）/維護(hù)組（maintenanceteams）。在半導(dǎo)體照明設(shè)備領(lǐng)域，IEC目前的主要工作內(nèi)容集中在對LED模塊及其連接器的安全要求、LED控制電路安全要求、自鎮(zhèn)流LED燈的安全及性能要求以及LED的光輻射要求等方面。此外，LED燈具還得符合IEC有關(guān)燈具的安全要求和電磁兼容要求。上述要求主要由三個技術(shù)委員會負(fù)責(zé)制定：TC34（燈和相關(guān)設(shè)備）、TC76（光輻射安全和激光設(shè)備）和CISPR（國際無線電干擾特別委員會）。以下分別對這三個技術(shù)委員會及其制定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行簡要介紹。LED燈具標(biāo)準(zhǔn)-國際LED燈具標(biāo)準(zhǔn)-國際表2.2TC/SC76已制定/正在制定的LED照明設(shè)備的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)號標(biāo)準(zhǔn)名稱制定狀態(tài)IEC62471:2006燈和燈系統(tǒng)的光生物安全性已制定IEC62471-2:2009燈及燈系統(tǒng)的光生物安全性-第2部分：非激光光學(xué)輻射安全性的制造要求指南已制定標(biāo)準(zhǔn)號標(biāo)準(zhǔn)名稱適用范圍CISPR15:2009《無線電干擾特性.極限值和測量方法》LED照明設(shè)備EMC標(biāo)準(zhǔn)IEC62031通用照明的LED模塊－安全要求LED模塊IEC60838-2-2雜類燈座：LED模塊連接器的特殊要求模塊中有連接器IEC61347-1燈的控制裝置：通用和安全要求LED電源和驅(qū)動IEC61347-2-13燈的控制裝置：LED模塊交流或直流電子控制裝置的特殊要求

IEC60968-1999通用照明的自鎮(zhèn)流燈－安全規(guī)范

IEC62471燈和燈系統(tǒng)的光生物安全性

或IEC60825-1激光產(chǎn)品的安全.第1部分：設(shè)備分類及要求

IEC60598系列標(biāo)準(zhǔn)燈具的安全要求

LED燈具標(biāo)準(zhǔn)-國內(nèi)通用標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)編號標(biāo)準(zhǔn)名稱實施日期狀態(tài)GB7000.1-2007

燈具第1部分:一般要求與試驗2009-1-1現(xiàn)行GB7000.2-2008

燈具第2-22部分：特殊要求應(yīng)急照明燈具2009-1-1現(xiàn)行GB7000.201-2008

燈具第2-1部分：特殊要求固定式通用燈具2010-2-1現(xiàn)行GB7000.202-2008

燈具第2-2部分：特殊要求嵌入式燈具2010-2-1現(xiàn)行GB7000.204-2008

燈具第2-4部分：特殊要求可移式通用燈具2010-2-1現(xiàn)行GB7000.207-2008

燈具第2-7部分：特殊要求庭園用可移式燈具2010-4-1現(xiàn)行GB7000.208-2008

燈具第2-8部分：特殊要求手提燈2010-2-1現(xiàn)行GB7000.211-2008

燈具第2-11部分：特殊要求水族箱燈具2010-2-1現(xiàn)行GB7000.212-2008

燈具第2-12部分：特殊要求電源插座安裝的夜燈2010-2-1現(xiàn)行GB7000.213-2008

燈具第2-13部分：特殊要求地面嵌入式燈具2010-2-1現(xiàn)行GB7000.217-2008

燈具第2-17部分：特殊要求舞臺燈光、電視、電影及攝影場所（室內(nèi)外）用燈具2010-2-1現(xiàn)行GB7000.218-2008

燈具第2-18部分：特殊要求游泳池和類似場所用燈具2010-2-1現(xiàn)行GB7000.219-2008

燈具第2-19部分：特殊要求通風(fēng)式燈具2010-2-1現(xiàn)行GB7000.225-2008

燈具第2-25部分：特殊要求醫(yī)院和康復(fù)大樓診所用燈具2010-4-1現(xiàn)行GB7000.4-2007

燈具第2-10部分：特殊要求兒童用可移式燈具2009-1-1現(xiàn)行GB7000.5-2005

道路與街路照明燈具安全要求2005-8-1現(xiàn)行GB7000.6-2008

燈具第2-6部分：特殊要求帶內(nèi)裝式鎢絲燈變壓器或轉(zhuǎn)換器的燈具2009-1-1現(xiàn)行GB7000.7-2005

投光燈具安全要求2005-8-1現(xiàn)行GB7000.9-2008

燈具第2-20部分：特殊要求燈串

GB7000.17-2003

限制表面溫度燈具安全要求2004-2-1現(xiàn)行GB7000.18-2003

鎢絲燈用特低電壓照明系統(tǒng)安全要求2004-2-1現(xiàn)行GB7000.19-2005

照相和電影用燈具(非專業(yè)用)安全要求2005-8-1現(xiàn)行LED燈具標(biāo)準(zhǔn)-日本日本是全球重要的LED產(chǎn)業(yè)基地之一，也是LED技術(shù)實力最強的國家，掌握著大部分的LED高端市場。LED照明產(chǎn)品要進(jìn)入日本市場，首先要滿足《電氣用品安全法》及其相關(guān)實施法規(guī)的要求。目前LED產(chǎn)品中受《電氣用品安全法》管控的主要是電源模塊，如果電源是外置的，則需依據(jù)J61347-2-13（即JISC61347-2-13）進(jìn)行檢測，合格之后加貼菱形PSE標(biāo)志。在電磁兼容方面，則要滿足J55015標(biāo)準(zhǔn)，這也是強制性的。此外，還有一些安全標(biāo)準(zhǔn)日本法規(guī)中并沒有作強制性要求，如JISC8154、JISC8121-2-2、J60968、J60598系列、JISC6802等，但企業(yè)也應(yīng)該參照這些標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生產(chǎn)，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量。在LED照明產(chǎn)品的性能要求方面，JISC8153規(guī)定了LED模塊用交直流控制裝置的性能要求LED燈具標(biāo)準(zhǔn)-美國美國市場對于半導(dǎo)體照明產(chǎn)品的安全要求主要體現(xiàn)在LED模塊、控制模塊、電源、燈具及相關(guān)配件上。其中，ULSubject8750為LED模塊、控制模塊、電源提出了詳細(xì)的安全要求，此外，電源安全還可參照UL1310、UL1012或UL60950-1中的相應(yīng)規(guī)定。而UL1598、UL1993、UL1574等系列UL有關(guān)傳統(tǒng)照明設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)為半導(dǎo)體照明的終端產(chǎn)品提出了安全規(guī)范。如果要順利進(jìn)入美國市場，企業(yè)需要將以上要求綜合進(jìn)行考量。燈具適用的標(biāo)準(zhǔn)（UL)UL8750用于燈具產(chǎn)品的發(fā)光二極管光源安全通則LED燈具標(biāo)準(zhǔn)-美國LED燈具標(biāo)準(zhǔn)-美國燈具適用的標(biāo)準(zhǔn)-美國能源之星（EnergyStar）推薦標(biāo)準(zhǔn)由美國環(huán)保署（EPA）所啟動，目的是為了降低能源消耗及減少發(fā)電廠所排放的溫室效應(yīng)氣體。屬自愿認(rèn)證，自發(fā)配合此計劃的廠商，就可以在其合格產(chǎn)品上貼上能源之星的標(biāo)簽。

電磁兼容要求輻射與傳導(dǎo)限值

FCCPart18.305（47CFR18.305）和FCCPart18.307（47CFR18.307）規(guī)定了照明設(shè)備的輻射和傳導(dǎo)限值高效率、高可靠性非常高的功率/性能比穩(wěn)定的色彩輸出LED的使用壽命改善系統(tǒng)的整體可靠性LED照明設(shè)計要點技術(shù)要點1）LED規(guī)格——色溫、顯色指數(shù)、色坐標(biāo)、光譜（顏色）*2）LED模組設(shè)計——LED的排列組合、整燈光通量3）配光設(shè)計——透鏡、反射器4）驅(qū)動電源——適配燈具、可靠性5）控制技術(shù)——智能、方便7）散熱設(shè)計——系統(tǒng)熱量控制、系統(tǒng)散熱通道、散熱技術(shù)8）整燈安全要求——燈具IP、裝配簡單、使用維護(hù)方便9）成本控制——價格LED照明設(shè)計要點-LED規(guī)格紅琥珀色綠色青色藍(lán)色品藍(lán)LED照明設(shè)計要點-LED規(guī)格白光的合成途徑一、RGB合成，紅光LED+綠光LED+藍(lán)光LED合成，現(xiàn)在紅綠藍(lán)LED轉(zhuǎn)換效率分別達(dá)到30%，13%和25%，通過進(jìn)一步提高藍(lán)綠光LED的流明效率，則白光流明效率可達(dá)到200lm/w。優(yōu)點：可做高顯色指數(shù)LED,要解決的主要技術(shù)難題是提高綠光LED的電光轉(zhuǎn)換效率，目前只有13%左右，同時成本高。二、LED+不同色光熒光粉：

1、紫外或紫光LED+RGB熒光粉來合成LED，這種工作原理類似日光燈，其中紫光LED的轉(zhuǎn)換系數(shù)更高，可達(dá)80%，各色熒光粉的量子轉(zhuǎn)換效率可以達(dá)到90%，

2、用藍(lán)光LED+紅綠熒光粉，藍(lán)光LED效率60%，熒光粉效率70%；還有是藍(lán)光LED+黃色熒光粉來構(gòu)成白光。LED的性能指標(biāo)-LED規(guī)格白光的合成途徑LED照明設(shè)計要點-LED規(guī)格LED照明設(shè)計要點-LED規(guī)格設(shè)計中的注意事項一、采用恒流驅(qū)動:恒流驅(qū)動讓LED在恒定電流的條件下工作,可在LED溫度變化時，穩(wěn)定電路工作電流，而不至于如恒壓驅(qū)動在溫度上升時，雖Vf下降造成電路電流的價格，并造成正反饋。二、LED的使用電流不能超過LED的IF電流過流的工作會使LED壽命很快下降,如果超出過多,就會馬上把LED燒壞，三、LED的溫度:LED使用中的Tj、回流焊時的溫度、組裝時的焊接溫度四、LED產(chǎn)品的密封LED屬電子產(chǎn)品，面臨著防水、防潮的密封問題，如果處理不好就會直接影響LED產(chǎn)品的使用壽命。LED照明設(shè)計要點-LED規(guī)格五、焊接注意事項焊接溫度：焊接溫度在260℃左右,時間控制在5S以內(nèi),焊接點離膠體底部在2.5mm以上，電烙鐵一定要接地。不允許模組帶電作業(yè)。靜電放護(hù)LED產(chǎn)品在加工生產(chǎn)的過程中要采用一定的防靜電措施，如：工作臺要接地，工人要穿防靜電服裝，帶防靜電環(huán)，以及帶防靜電手套等，有條件的可以安裝防靜電離子風(fēng)機，同時也要保證車間的濕度在65%左右，以免空氣過于干燥產(chǎn)生靜電。LED照明設(shè)計要點-配光設(shè)計LED與透鏡的配套透鏡的LED光色與輸出的光色透鏡本身的物理和機械特性玻璃、PC（擴散、透明）、PMMA光學(xué)效率光束角LED照明設(shè)計要點-配光設(shè)計LED’s散熱設(shè)計的重要性目標(biāo)1:HigherFluxLED’s.提高LED的效率提高電流(功率)

更高的片/結(jié)溫(Tj)目標(biāo)2:高性能LED’s光學(xué)性能高可靠性依賴于片/結(jié)溫(Tj)

事實上LED需要能夠應(yīng)付三個潛在的散熱源：自發(fā)熱、環(huán)境溫度和LED電子控制。

熱傳模式:傳導(dǎo)–對LED’s最重要對流–對LED’s次重要發(fā)散–不重要好的設(shè)計是控制LED的結(jié)溫TjLED照明設(shè)計要點-散熱設(shè)計熱能模式RQ

結(jié)–金屬片RQ金屬片-板RQ

板–環(huán)境Pd=Vf*IfTslugTjunctionTboardTambient環(huán)氧板非導(dǎo)電層Board–散熱接口Metal-corePCBLED照明設(shè)計要點-散熱設(shè)計Bent(NotFlat)PlateAirgapLED照明設(shè)計要點-散熱設(shè)計接口阻抗要素表面的平坦度對薄板來說很差毛刺是個問題材料的接觸硬度接觸阻抗(跟壓力有關(guān))旋轉(zhuǎn)式孔型(螺紋或者通孔)表面粗糙度空隙的變化任何提高空氣間隙的因素都能提高接口阻抗。OffCenterHolesQRct=DT/QContactResistanceInterfaceResistanceFigure1-Closeupoftwoflatplatetouchingeachother.Figure2-MacroscopicairgapsbetweenLuxeonMCPCBandplate.使用接口材料的影響為了在MCPCB和散熱器之間減少接口阻抗，