led 照明工程设计与施工

我来自企业，难免偏颇，看你怎么想啦！

电子通信工程系电子通信工程系

LED 照明工程设计与施工

• 第一章LED照明工程• 任务一 LED照明工程分析• 任务二光度、色度基本概念及知识• 任务三光源结构及原理• 任务四认识灯具

任务一 LED照明工程分析

• LED 照明工程是指借助最新的 LED 照明技术，采用 LED 人造照明系统以满足特定光环境中照明要求的设计技术及工程的照明学科。照明工程既有照明作用，降低废气排放，提高城市灯光亮度的节能减排高效工程，更有美化城市环境的作用。随着社会科技发展， LED 照明工程的应用越来越普及，其节能、高亮度、色彩美观等超值性能使得 LED 在照明工程中广泛应用。

任务一 LED照明工程分析

• 照明分为三个时代：灯丝灯泡时代 ( 白炽灯 ) 、气体灯泡时代 ( 荧光灯 ) 和半导体发光时代 (LED) ，而其中，又以历史最长的白炽灯和未来主流的 LED 照明，为最重要的考察点。不论时代是如何的发展，照明产业的生产流程有着惊人的相似，核心技术基本都是被欧美和日本等国家、地区所有，我国则主要是处于行业的下游。

任务一 LED照明工程分析• 发光二极管 (LED Light Emitting Diode) 是一种固态的

直接把电转化为光的半导体器件， LED 的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是 P 型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是 N 型半导体，在这边主要是电子。两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个 PN 结。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向 P 区，在 P 区里电子跟空穴复合，电子穿过一层半导体材料，能以光子的形式发出能量，激发该半导体材料将电能转化为光能。

任务一 LED照明工程分析• LED 的发光效率决定于在同等厚度里，能压入多少

层。单层材料越薄，能叠加的层数越多，发光效率就越高。现在一般每层厚度仅为 2-20 微米，这也决定了外延片生产是整个 LED 生产流程中最困难的部分。

• 切割 LED 相当于从钨丝材料中抽出灯丝，不同的是，切割后的外延片是方块形。由于外延片这种特殊结构，想要完整无损地切割出发光核心，非常困难。

• 芯片是实现 LED 理想效果非常重要的装备，因为 LED对电流的要求非常高，将 LED芯片封装成为发光体，正如给灯丝灯座加上灯罩做成灯泡，是供电部分，灯罩形状可依据所需而不同，但封装技术决定了发光体的使用寿命。

• 根据不同功能和需要， LED 照明应用就像应用白炽灯泡一样，装配成不同的 LED 产品。代替传统的光源， LED 的内在特征决定了它是最理想的光源， LED 是被完全的封装在树脂里面，它比灯泡和荧光灯管都坚固。灯体内也没有松动的部分，这些特点使得 LED可以说是不易损坏的。基于对光源、照明和灯具的认识， LED 照明工程具有节能化、人性化、艺术化、健康化、高效益等特点。

LED 照明中存在的问题1、 LED 照明色差问题2、 LED绝缘问题3、 LED抗脉冲问题4、 LED 发光角度的问题5、 LED潜在致盲的隐患6、 LED 发热问题7、 LED 效率偏低 (发光率 )8、 LED 亮度不足9、 LED 光衰及寿命10、 LED驱动电源的问题11、 LED 造型受限12、 LED 单价过高

小任务：如何看待光与灯，你对未来如何利用光有什么看法？谈谈如何制作合格的发光二极管，核心技术有哪些？结合你接触到的 LED 灯，谈谈你对 LED 照明优点的认识。如果你做市场营销策划，你想从哪个细分领域开始？你认为参加大赛，有哪些意义？

从网络下载、补充一些日本、欧洲等国家的产业状况。你还能举出哪些存在的问题？目前 LED 的电转换效率是怎样的

• 绿色照明是指通过科学的照明设计、采用效率高、寿命长，安全和性能稳定的照明电器产品，最终达到建成环保，高效，舒适，安全，经济，有益于环境和提高人们工作学习和生活质量的照明系统。绿色照明产品应符合如下条件：

• 1．高光效，节省电能；• 2．长寿命，节约资金；• 3．舒适，提高照明质量和水平，提高工作效率；• 4．减少使用含有有害物质的照明产品。• 目前节能的照明产品有：一体化的节能灯，高光效的直

管荧光灯（其特点是采用三基色荧光粉，细管径，减少含汞量），金卤灯，钠灯，无极灯，高光效发光二极管，节能电感镇流器，电子镇流器等。

绿色照明

• 要实施我国的绿色照明工程方案，达到预期的目标，懂得它是一项综合性的系统工程，需要从多方面采取政策手段和技术措施，才能凑效，对这个问题认识的简单化，或片面的理解，都是有害的。需要正确认识几个问题：

• 1.绿色照明工程要求人们不要简单地认为只是节能，而要从更高层次去认识，提高到节约能源、保护环境的高度对待，这样意义更广泛、更深远，更主要是着眼于资源的利用和环境保护的重大课题。通过照明节电，从而减少发电量，即降低燃煤量 (目前我国 70% 以上的发电量还是依赖燃煤获得 ) ，以减少 S02 ， C02 以及氮氧化合物等有害气体的排放。

• 2.绿色照明工程要求照明节能，已经不完全是传统意义的节能，这在我国“绿色照明工程实施方案”中提出的宗旨已经有清楚的描述，就是要满足对照明质量和视觉环境条件的更高要求，因此不能靠降低照明标准来实现节能，而是要充分运用现代科技手段提高照明工程设计水平，提高照明器材效率来实现。

• 3.实施绿色照明工程，不能简单地理解为提供高效节能照明器材，高效的器材是重要的物质基础，但是还应有正确合理的照明工程设计。设计是统管全局的，对能否实施绿色照明要求起着决定作用；此外，运行维护管理也有不少忽视的作用，没有这一因素，照明节能的实施也不完整。

• 4. 高效照明器材是照明节能的重要基础，但照明器材不只是光源，光源是首要因素，已经为人们认识，但不唯一，灯具和电气附件 ( 如电源 ) 的效率，对于照明节能的影响是不可忽视的，这点往往不为人们所注意。

• 5. 高效光源是照明节能的首要因素，必须重视推广应用高效光源。但是有人把推广高效光源简单地理解为推广节能灯 ( 而这里的节能灯是专指紧凑型荧光灯 ) ，因为光源种类很多，有不少高效者应予推广。就能量转换效率而言，有和紧凑型荧光灯光效相当的 ( 如直管荧光灯 ) ，有比其光效更高的 ( 如高压纳灯，金属卤化物灯 ) ，这些高效光源各有其特点和优点，各有其适用场所，决非简单地用一类节能光源能代替的。根据应用场所条件不同，至少有三类高效光源应予推广使用。

• 光源是节能的首要因素，而光源和节能又取决于他的发光效率，但是光源并不是唯一因素，如果一种高光效的光源，它的其他性能不佳，必将影响甚至无法发挥其节能效果。这些性能主要有显色指数、使用寿命、起点性能、调光性能等。

• 推广应用新型高效光源，有一定阻力和困难，一是认识上和观念上跟不上；二是某些新光源的质量和可靠性还存在一些问题，特别是紧凑型荧光灯更为明显；三是多数新型高效光源价格较高，增加了建设投资或使用者的费用。

• 小任务：• 讨论绿色照明与 LED 照明的关联。

研制高效优质系列完备的灯具

• 在照明器材中，灯具是除光源外的第二要素，而且是容易为人们所不重视的因素，我们着重要解决两个课题，一是研制高效优质、系列完备的灯具，二是要正确合理选用灯具。

• 研制高效优质系列完备的灯具，这是灯具研究生产企业的任务，十多年来我国从基础到应用的研究，技术引进，开发了一大批与新光源发展相配套的灯具，有很大进步，但总体说，灯具的科研队伍很小，灯具生产企业规模小，和国外先进水平比，尚有不少差距。主要任务是 : 提高灯具效率，现在市场上有些灯具效率仅有 0.3~0.4 ，光源发出的光能，大部分被吸收，能量利用率太低，要提高效率，一方面是要有科学的设计构思和先进的设计手段，运用计算机辅助设计 (CAD) 来计算灯具的反射面和其他部分，另一方面要从反射罩材料、漫射罩和保护罩的材料等加以优化。

任务二光度、色度基本概念及知识• 照明工程中，光是指辐射能的一部分，即具有刺激视觉器官特性的辐射能。从物理学的观点，光是电磁波谱的一部分，波长范围在 380~780nm（纳米）之间，这个范围在视觉上可能稍有些差异。任何物体发射或反射足够数量合适波长的辐射能，作用于人眼睛的感受器官，就可看见该物体。

• 一般辐射能波谱的范围遍布在波长为 10-16~105m 的区域。可见光谱辐射能的波长在 380~780nm 之间，仅是辐射能中很小的一部分。

• 光通量：光源在单位时间内向周围空间辐射出去的并能使人眼产生光感的能量，称为光通量。单位为流明（ lm）。光通量 = 光效 X功率

2.1 光的度量及其单位• 发光强度（光强）：光源在空间某一方向上单位立体角内发射的光通量与该立方体角的比值，称为光源在这一方向上发光强度，简称光强，单位为坎德拉（ cd）。

• 照度：照度是用来说明被照面（工作面）上被照射的程度，通常用其单位面积内所接受的光通量来表示，单位为勒克斯（ lx）或流明每平方米（ lm/m2）。

• 亮度：亮度也是用来表示物体表面发光（或反光）强弱的物理量，被视物体发光面在视线方向上的发光强度与发光面在垂直于该方向上的投影面积的比值，称为发光面的表面亮度，单位为坎德拉每平方米（ cd/m2）。

• 光源的发光效率：光源的发光效率通常简称为光效，是描述光源的质量和经济的光学量，它反映了光源在消耗单位能量的同时辐射出光通量的多少，单位是流明每瓦（ lm/w） =lm/w 。

光源的色温及显色性• 所有固体、液体和气体如果达到足够高的温度，都会发射出可见光。

通常是随着辐射体的温度升高而提高，辐射光色从暗红，经过桔黄、发白，然后是炽兰。这样色温也随着辐射体的温度升高而提高。这是遵循斯蒂芬—波尔兹曼定律：绝对黑体的能量亮度与物体绝对温度的四次方成正比。

• 色温：将一标准黑体加热，随着温度升高黑体的颜色开始沿着深红 -浅红 -橙 -黄 - 白 -蓝逐渐改变，当某光源发出的光的颜色与标准黑体处于某温度的颜色相同时，我们将黑体当时的绝对温度称为光源的色温，以绝对温度 K 来表示。

• 显色性：光源对物体本身颜色呈现的程度称为显色性，也就是颜色逼真的程度，显色性高的光源对颜色表现较好，我们所见到的颜色也就接近自然色，显色性低的光源对颜色再现较差，我们所见到的颜色偏差也较大，用显色指数（ Ra）表示。国际照明委员会 CIE把太阳的显色指数定为 100 ，各类光源的显色指数各不相同。显色指数越接近 100 ，显色性就越好。

眩光• 眩光评价方法：在视野范围内有有亮度极高的物体，或亮

度对比过大，或空间和时间上存在极端的对比，就可引起不舒适的视觉，或造成视功能下降，或同时产生这两种效应的现象，称为眩光。眩光是影响照明质量的最重要因素。

• 从眩光的作用来看可分直接眩光和反射眩光，直接眩光是在观察物体的方向或接近这一方向内存在发光体所引起的眩光。反射眩光是发光体的镜面反射，特别是在观察物体方向或接近这一方向出现镜面反射所引起的眩光。

• 眩光按其效应又可分为失能眩光和不舒适眩光。失能眩光又称为生理眩光，这种眩光会妨碍对物体的视看效果，使视功能下降，但它不一定引起不舒适。不舒适眩光又称为心理眩光，这种眩光使人不舒适，但它不一定妨碍对物体的视觉功能效果。

光源

• 光源• 3.1 白炽发光灯• 3.1.1 白炽灯• 3.1.2 卤钨灯• 3.2 荧光灯• 3.3 高强度气体放电灯• 3.3.1 荧光高压汞灯• 3.3.2 金属卤化物灯（金卤灯）• 3.3.3 高压钠灯

• 灯具• 照明灯具是用来固定和保护光源，并调整光源的光强分布

以获得舒适照明环境的器具，灯具还应拥有令人满意的外形，不论是点灯或未点灯时对环境都具有装饰性效果。灯具必须是耐用，能为光源及其附属设备提供电气、机械及热学上的安全保护。因此，灯具必须符合国内有关的质量和安全标准。

• 灯具的性能：照明场所对照明灯具的选择是根据照明要求和照明环境的需要，首先考虑配光的合理性和高效低亮度：其次还要考虑灯具及其附属装置的防热散热防潮、防尘及电器安全等状况。

• 灯具的 IP防护等级：室外用灯具必须有严格的防尘和防水要求，对某些特殊要求的室内灯具也要提供防护。为了根据防尘和防潮的程度来划分外壳的防护等级，通常是使用防护等级代码 IP 。

4.1 灯具的设计方法• 一．灯具的反射器设计• 通过研究各种照明场所的照明方式和评判指标，来确定出灯具的配光曲线和光源，设计出灯具的反射器，最终获得符合要求的灯具。只有了解每一类照明的全部内涵并掌握灯具反射器的设计方法和材料的表面处理方法，才能创造出新灯具或提高产品的质量。

• 二．灯具的功能设计• 使用灯具的目的是照明，照明是它的最主要的功能。不同场所有不同

的照明要求和不同的照明质量评价方法，必然采用照明功能不同的灯具，才能有好的照明质量。通过研究各种照明场所的说明方式和评判指标，确定灯具的配光曲线，选择合用的光源，再设计光学系统，最终得到符合要求的灯具。

• 三．灯具的安全设计• 灯具是电器产品，设计不当会造成触电，火灾等事故，必须重视三方

面的内容： 1．电气安全： 2．环境（机械、热等）影响： 3．非电气安全：

• 四．灯具的寿命设计• 灯具寿命的长短涉及使用者的切身利益，是使用灯具的经济指标之一，

既与初步投入的平均年耗费有关，又与每年维护费用有关。

• 在照明设计中选用灯具的基本原则• 1．光学特性。首先要看配光是否合理，保护角

是否符合要求，灯具各个角度的亮度应在被限定范围之内。

• 2．经济技术指标要符合要求。• 3．灯具的光学性能要与使用房间室形相匹配，符合使用场所的环境条件；

• 4．灯具的结构应符合安全和防触电指标；• 5．灯具的外形与建筑物应该相协调，并能起到

美化环境的作用；• 6．要考虑安装灯具的方法，易于清扫，换装灯

泡简便，便于维护；• 7．要考虑灯具光源的寿命和造价指标；

第二章 LED 照明设计

• 任务一 LED 照明设计的散热问题• 任务二 LED 照明结构设计• 任务三模拟、 PWM 和 TRIAC调光方案• 任务四照明白光 LED 光源的色参数解决实例• 任务五 LED 区域照明电源架构及典型 LED驱动方案

• 任务六实现 LED 灯模块标准化的技术方案

第二章 LED 照明设计• LED 照明工程也是建筑、装修里面的一个重要环节，

为了美化城市环境，提高城市的整体形象，而对商场、旅游景区、街道的人流量多的地方进行灯光照明，市场上的照明工程团队技术参差不齐，那么该如何辨别一个好的照明工程呢？

• 1 、 LED 照明工程的整体策划• 2 、 LED 照明工程的灯具采购• 3 、 LED 照明工程的整体设计• 4 、 LED 照明工程的施工质量• 5 、 LED 照明工程的售后服务

任务一 LED 照明设计的散热问题

1.1 LED 照明设计的散热考虑针对 LED 灯散热，当前业内缺乏对整个传热过程中的每

个传热过程清晰的研究结果，分析出：从 LED 结点到空气与散热片表面的对流（自然）传热、每个过程中的传热温差（即热阻）所占比例，哪个过程的温差最大，即主要矛盾，以及影响每个传热过程的因素，如何降低其热阻的技术方向，尤其是热阻最大的传热过程，降低其热阻的技术方向更重要。既使有了这些研究结果，还必须被结构工程师所熟知，因为传热最终要通过结构来实现。

小任务：为什么说 LED 灯具的散热很重要？

1.2 电子产品热管理过程• 电子产品热管理过程的目标是从半导体与周围环境的结合部分有效的散热。该过程可以分为三个主要阶段：

• 1. 半导体组件包装内的热传递；• 2.从包装到散热器的热传递；• 3.从散热器到周围环境的热传递。

• 一、基本理论• 热通过材料的传导速率与热流的法线面积以及沿热流路径的温度梯度成正

比。对于一维的，状态稳定的热流来说，速率可用傅立叶等式表示为：• [1] Q=kA. T/d k△ 为导热系数，单位 W/m-K ， Q 为热流速率，单位 W ，

A 为接触面积， d 为热流距离，△ T 为温度差导热系数， k 是均质材料的固有特性，它体现了材料的导热能力，它与材料的尺寸，形状和方向没有关系。

• 导热材料还有另外一个固有特性就是热阻 R• [2] R=A. T/Q △• 此特性用于度量特定厚度的材料抵抗热流的能力。• [3] k=d/R• 等式 [3]显示，对于均质材料来说，热阻与厚度成正比；对于非均质材料

来说，热阻通常随材料的厚度增加而增加，但不是线性关系。• 在实际应用当中，热源的物体表面是非理想的平整表面，在与导热材料结

合时会产生热阻，这个热阻是由于结合处的空气间隙产生的。因此，材料的总阻抗等于材料的固有热阻加上材料与热源表面接触热阻之和，可表示为：

• [4] R[总 ]=R[ 材料 ]+R[ 接触 ]• 因此，表面的平滑度和粗糙度以及夹紧力，材料厚度和压缩模数对接触热阻都有重要的影响。

二、热界面材料 [TIM]正是因为热源表面不是理想的完整的平面，总是存在微观的表面粗糙度。当和导热材料接触时，会产生较大的接触热阻。为了减少这种对热流的阻力，将一些导热界面材料填充在它们之间克服这种对热流的阻力，这些材料如下：1 相变材料2 导热石墨片3 导热粘合带4填缝材料导热矽胶片5 有机硅导热灌封胶6绝缘垫片7热油脂三、热界面材料的关键特性1热特性2 电气特性3弹性体特性

• LED 是个光电器件，其工作过程中只有 15%～ 25%的电能转换成光能，其余的电能几乎都转换成热能，使 LED 的温度升高。在大功率 LED 中，散热是个大问题。按照目前芯片材料的耐温水平，通常结温不能大于 150oC ，较高的结温对 LED 灯具产生较多不良影响。

• 一、结温对发光波长的影响• 二、结温对 LED 正向电压的影响• 三、结温对发光效率 ηv 的影响• 四、高温下器件性能的衰变• 五、 LED热性能参数• 六、高功率 LED 灯具热传路径

1.3 LED 照明灯具热传递基本路径分析

1.4 大功率 LED 的热量分析与设计• 一． LED 热的产生、传导和疏散• 大功率 LED 一般都有超过 1W 的电输入功率，其产生的热量相当可

观，解决散热问题乃当务之急。需要解决的散热问题涉及以下几个环节：

• 1. 晶片 PN 结到外延层；• 2. 外延层到封装基板；• 3. 封装基板到外部冷却装置再到空气。• 这三个环节构成大功率 LED 光源热传导的主要通道，热传导通道上

任何薄弱环节都会使热导设计毁于一旦。热的传播方式可分为三种：• （ 1）传导热量是通过逐个原子传递的，所以不能采用高热阻的界

面材料；（ 2）对流热量通过流转的介质（空气、水）扩散和对流，从散热器传递到周围环境中去，故不要限制或阻止对流；（ 3）辐射热量依靠电磁波经过液体、气体或真空传递。

• 对大功率 LED 照明光源而言传导方式起最主要的作用，为了取得好的导热效果，三个导热环节应采用热导系数高的材料，并尽量提高对流散热。

二．大功率 LED 热阻的计算• 1.热阻是指热量传递通道上两个参点之间的温度差与两点间热量传输速率的比值：

• Rth＝△ T/qx……（ 1）• 其中： Rth= 两点间的热阻（℃ /W或 K/W）， ΔT= 两点间的温度差（℃）， qx= 两点间热量传递速率（W）。

• 2.热传导模型的热阻计算 Rth＝ L/λS……（ 2）• 其中： L 为热传导距离（m）， S 为热传导通道的截面积（m2），

λ 为热传导系数（W/mK）。越短的热传导距离、越大的截面积和越高的热传导系数对热阻的降低越有利，这要求设计合理的封装结构和选择合适的材料。

• 3.大功率 LED 的热阻计算• （ 1）根据公式（ 1），晶片上 P-N 结点到环境的总热阻：• Rthja= Tja/Pd = (Tj-Ta)/Pd△• 其中： Pd=消散的功率（W）≈正向电流 If* 正向电压 Vf ， ΔTja=

Tj-Ta= 结点温度 - 环境温度。• （ 2）设定晶片上 P-N 结点生成的热沿着以下简化的热路径传导：

结点→热沉→铝基散热电路板→空气 / 环境（见下图左），则热路径的简化模型就是串联热阻回路，

• 1. 原理• 半导体材料的电导率具有热敏性，改变温度可以显著改变半导体中的载流子

的数量。禁带宽度通常随温度的升高而降低，且在室温以上随温度的变化具有良好的线性关系，可以认为半导体器件的正向压降与结温是线性变化关系：

• ΔVf=kΔTj（ K ：正向压降随温度变化的系数）……（ 1）• 则从公式（ 1）及其推导可知，大功率 LED 的热阻（结点到环境）为： Rthj

a＝ ΔVf /（ K*Pd）• 式中， Pd＝热消散速率，目前约有 60％～ 70％的电能转化为热能，可取 P

d＝ 0.65*If*Vf 计算。只要监测 LED 正向压降 Vf 的改变，便可以求得 K 值并算出热阻。

• 2.测量系统• 要求测试中采用的恒温箱控温精度为 ±1℃，电压精度 1mv 。 R1 是分流电阻，

R2 用来调整流过 LED 的电流大小，通过电阻 R1 、 R2 和恒流源自身的输出调节，可以精确控制流过 LED 的电流大小，保证整个测试过程中流过 LED 的电流值恒定。

三、大功率 LED 热阻的测量

• 3.测试过程• （ 1）测量温度系数 K ：• a. 将 LED置于温度为 Ta 的恒温箱中足够时间至热平衡，此时 Tj1=Ta；• b. 用低电流（可以忽略其产生的热量对 LED 的影响，如 If’= 10mA）快速点测 LED 的 Vf1；

• c. 将 LED置于温度为 Ta’(Ta’>Ta) 的恒温箱中足够时间至热平衡， Tj2=Ta’；• d. 重复步骤 2 ，测得 Vf2；• e. 计算 K ： K＝ (Vf2-Vf1)/(Tj2-Tj1)＝ (Vf2-Vf1)/(Ta’-Ta)• （ 2）测量在输入电功率加热状态下的变化：• a. 将 LED置于温度为 Ta 的恒温箱中，给 LED输入额定 If 使其产生自加热；• b.维持恒定 If 足够时间至 LED 工作热平衡，此时 Vf达至稳定，记录 If ， Vf；• c.测量 LED热沉温度（取其最高点） Ts；• d.切断输入电功率的电源，立即（〈 10ms）进行（ 1）之 b步骤，测量 Vf3 。• （ 3）数据处理：△ Vf＝ Vf3－ Vf1 ，• 取 Pd＝ 0.65*If*Vf 计算： Rthja＝△ Vf/（ K*Pd） Rthsa＝（ Ts－ Ta） /

Pd＝（ Ts－ Ta） /（ 0.65*IF*Vf） Rthjs＝ Rthja－ Rthsa

三、大功率 LED 热阻的测量

• LED 灯具散热模块传热材料介绍• 一 LED 散热基板材料• 在 LED 产品应用中，通常需要将多个 LED 光源组装在一电路基板上。

电路基板除了扮演承载 LED模块结构的角色外，另一方面，随着 LED输出功率越来越高，基板还必须扮演散热的角色，以将 LED 晶体产生的热传派出去，因此在材料选择上必须兼顾结构强度及散热方面的要求。

• 应根据实际产品应用选择基板材料，低功率 LED 发热量不大，用 PCB基板即可，对高功率 LED ，为满足其散热要求，采用 MCPCB 基板。我们平日所见的大功率 LED 照明灯具大多数使用的是铝基的 MCPCB 。

• 二、 LED 界面材料• 由于散热器底面与铝基板表面之间会存在很多沟壑或空隙，其中都是空

气。由于空气是热的不良导体，所以空气间隙会严重影响散热效率，使散热器的性能大打折扣，甚至无法发挥作用。为了减小芯片和散热器之间的空隙，增大接触面积，必须使用导热性能好的导热材料来填充，如导热膏、导热垫片、导热硅酯、导热黏合剂、相转变材料等。

• 三、散热器• 散热器的作用就是吸收基板或芯片传递过来的热量，然后发散到外界环

境，保证 LED芯片的温度正常。绝大多数散热器均经过精心设计，可适用于自然对流和强制对流的情况。即主动式散热器和被动式散热器。

• 任务二 LED 照明结构设计• 2.1 LED 照明设计的结构选择• 每种拓扑结构都有其优点和缺点，其中，标准

降压型转换器是最简单和最容易实现的方案，升压型和降压 -升压型转换器次之，而 SEPIC型转换器则最难实现，这是因为它采用了复杂的磁性设计原理，而且需要设计者拥有高超的开关模式电源设计专长。

• 总而言之，终端产品的应用决定 LED 的拓扑结构，然后再根据 LED 的拓扑结构和输入电源再合理选择 Buck 、 Boost 、 SEPIC 、或 Buck-Boost 结构。

• LED芯片和封装不再沿龚传统的设计理念与制造生产模式，在增加芯片的光输出方面，研发不仅仅限于改变材料内杂质数量，晶格缺陷和位错来提高内部效率，同时，如何改善管芯及封装内部结构，增强 LED内部产生光子出射的几率，提高光效，解决散热，取光和热沉优化设计，改进光学性能，加速表面贴装化 SMD进程更是产业界研发的主流方向。

• 面光源是多个 LED 管芯粘结在微型 PCB板的规定位置上，采用塑料反射框罩并灌封环氧树脂而形成， PCB板的不同设计确定外引线排列和连接方式，有双列直插与单列直插等结构形式。点、面光源现已开发出数百种封装外形及尺寸，

• 超高亮度 LED 产品可采用 PLCC(塑封带引线片式载体 )-2 封装，管壳及封装也是其关键技术，能承受数 W功率的 LED 封装已出现。 5W 系列白、绿、蓝绿、蓝的功率型 LED从 2003年初开始供货，

• Luxeon 系列功率 LED 是将 A1GalnN功率型倒装管芯倒装焊接在具有焊料凸点的硅载体上，然后把完成倒装焊接的硅载体装入热沉与管壳中，键合引线进行封装。这种封装对于取光效率，散热性能，加大工作电流密度的设计都是最佳的。

• Norlux 系列功率 LED 的封装结构为六角形铝板作底座 ( 使其不导电 ) 的多芯片组合，底

• 在应用中，可将已封装产品组装在一个带有铝夹层的金属芯 PCB板上，形成功率密度 LED ， PCB板作为器件电极连接的布线之用，铝芯夹层则可作热沉使用，获得较高的发光通量和光电转换效率。

2.2 LED 的多种形式封装结构及技术

2.3 面向照明用光源的 LED 封装结构• 一、发展新型 LED 光源封装形式，保证性能的前提下降低封装、应用成本• LED 封装形态的每一次变化，都是因其应用领域需求的不同而做出的。走向未

来照明的 LED 光源将会是什么样子的 ? 现有的 LED 封装能否走向照明 ? 要回答这个问题，得弄清楚半导体照明对 LED 光源的需求。

• 二、芯片集成 COB 光源模块个性化封装可能成为半导体照明未来主流封装形式

• LED 有分立和集成两种封装形式。 LED 分立器件属于传统封装，广泛应用于各个相关的领域，经过四十多年的发展，已形成了一系列的主流产品形式。芯片集成 COB模块目前属于个性化封装，主要为一些个案性的应用产品而设计和生产，尚未形成主流产品形式。

• 三、小型化贴片式 LED也将是 LED 光源的另外一大主流产品• 除了芯片集成的 COB 光源模块有可能成为未来的半导体照明的主流封装形式外，高性能、低成本、方便于大规模生产制造和安装应用的小型化贴片式 LED也将是 LED 光源的另外一大主流产品。

• 四、大功率 LED芯片• 总之，走向照明的 LED 光源将形成两大主流形态——功能化的芯片集成 COB

光源模块和小型化 LED 器件，低成本将是永恒的主题。谁能率先打破传统封装的约束，开发出符合半导体照明需求的 LED 光源，谁就能占得产品的先机；谁能够在保证性能的前提下将成本做到极致，谁就能把握未来 LED 光源的市场。

任务三模拟、 PWM 和 TRIAC 调光方案• 现在市场上存在 PWM 、模拟及可控硅 (TRAIC) 三种调光方案。 PWM 和模拟方法是其中较简单的，但需要构建调光基础架构和新的调光控制器。

• 模拟调光方案的缺点是， LED 电流的调节范围局限在某个最大值至该最大值的约 10% 之间 (10:1调光范围 ) 。由于 LED 的色谱与电流有关，因此这种方法并不适合于某些应用。

• 可控硅 (TRIAC ， 2 线调光 ) 将成为非常流行的解决方案，因为这种技术可以完全使用传统的系统而不需任何改变，而且，它还能够扩展为 3 线调光，以避免出现与低功率因数值相关的缺陷。

• 与模拟调光方法相比， LED 的 PWM调光方法有以下优点： 1) 效率更高； 2) 不管调光程度有多大，允许 LED一直在优化的和恒定的电流下工组； 3) 在整个调光范围内 LED颜色色调保持一致 (颜色色调像流明输出一样随 LED 工作电流而变化 ) 。

• 3.1 采用直流电源 LED 的调光技术• 1．用调正向电流的方法来调亮度• 要改变 LED 的亮度，是很容易实现的。首先想到的是改变它的驱动电流，因为 LED 的亮度是几乎和它的驱动电流直接成正比关系。

• 1）调节正向电流的方法• 2）调正向电流会使色谱偏移• 3）调电流会产生使恒流源无法工作的严重问题• 4）长时间工作于低亮度有可能会使降压型恒流源效率降

低温升增高而无法工作• 小任务：• 因为正向电流和光输出并不是完全正比关系，而且不同的

LED 会有不同的正向电流和光输出关系曲线，所以用调节正向电流的方法很难实现精确的光输出控制。为什么？

• LED 是一个二极管，它可以实现快速开关。它的开关速度可以高达微秒以上。是任何发光器件所无法比拟的。因此，只要把电源改成脉冲恒流源，用改变脉冲宽度的方法，就可以改变其亮度。这种方法称为脉宽调制（ PWM）调光法。

• 1 如何实现 PWM调光：实现 PWM调光的方法是在 LED 的负载中串入一个 MOS开关管，这串 LED 的阳极用一个恒流源供电。

• 2脉宽调制调光的优点• 3脉宽调光要注意的问题

3.2 采用脉宽调制（ PWM ）来调光

• 3.3 采用交流电源的 LED 调光• 用可控硅对 LED调光：采用可控硅就是对交流电的正弦波加以切割而达到改变其有效值的目的。

• 改变可变电阻的分压比就可以改变其导通角，从而实现改变其有效值的目的。通常这个电位器带一个开关，接在 n 的输入端，用于开关灯。除了可控硅以外，还有晶体管后沿调光技术等等，

• 1 可控硅调光的缺点和问题• 2 可控硅调光的优势• 3 兼容可控硅调光的 LED驱动 IC• 4 兼容可控硅调光的问题和缺点

• 3.4 未来的 LED 调光系统• 1 PWM 调光• 2 分段式开关调光• 3 遥控式调光• 4 为节能而调光• 应用举例• 1) 路灯的调光• 2) 光敏自动调光 LED 灯

• 3.5 LED 调光系统电路分析实例• 1 、系统组成• 2 、单元硬件电路的设计• 1 ）基于 MAX1771 的升压（ Boost ）电路• 2 ） LED 驱动电路的设计• 3 ）软件设计• 4 ）电路原理图及印制板图

• 任务四照明白光 LED 光源的色参数解决实例• 光颜色的主要指标有色温、色坐标、色容差、显色指数。• 1 ．蓝光晶片对灯色参数的影响• 2 ． YAG荧光粉颗粒度对色参数一致性的影响• 3 ．封装工艺对灯色参数一致性的影响• 4 ．未来的方式是，先恒压，再线性恒流整合方式。电

压保证在一定范围内适应负载需要，最终确定电源部分需要调整的电压范围。再线性恒流源恒流，可以多路恒流源并联使用，也可以单路多个恒流源增加电流使用。前端电压源部分采样检测恒流源压差，调整合适负载需求电压，从而达到高效、灵活的驱动线路需求。恒流源需要低压差线性恒流器件，线性恒流源有着很好的电流误差，也会有很好的灰度表现。

• 任务五 LED 区域照明电源架构及典型 LED 驱动方案

• 5.1 适合线性灯、线槽灯的分布式 / 模块化方案• 5.2 适合洗墙灯、外墙灯的整体式、单段式方案• 5.3 用于更大功率区域照明应用的高能效 LLC

拓扑结构驱动电源

• 任务六实现 LED 灯模块标准化的技术方案• 6.1模块的划分• 模块划分，使得灯具和灯芯的散热热阻以及导热热阻检测标准以

及实验操作制定更为容易，灯具只要实验测定出相对标准的导热芯的散热性能曲线，就可计算出散热热阻；灯芯只要实验测定出，LED 结点温度与一标准散热片上的温度差，计算出灯芯的导热热阻即可。有了灯具和灯芯的散热以及导热热阻的检测标准和操作的规程，就容易快速鉴别各种产品的优劣。目前还没有鉴别 LED灯散热性能优劣的标准及操作，而是采用非常原始的方法，

• 本文提出 LED 照明灯的模块划分的科学之处：①散热稳定可靠；②容易实现 LED 照明灯的模块标准化，以及相应的检测标准和操作规程，完善整个产业链，降低造价。

• 6.2电源标准• 一、更容易实现统一标准的电源，• 二、驱动电路简单、元器件少、成本低，电源效率高。• 三、自然对流散热原理及优化• 四、自然对流散热强化提高• 五、实验结果分析比较

谢谢！

led 照明工程设计与施工

Documents

107081013李燕聪工业设计（工学）071 闹钟

matlab 统计工具箱

第九章照相物镜设计

4.173 设计组建工作坊...

第3章审计证据与审计工作底稿

第三讲工作分析与工作设计

第 6 章工作设计

led 照明设计与应用趋势

第六章建筑工程工程量计算

公路隧道 led...

龙华区2020年重大建设项目计划表、给排水工程、电气工程、河道...

· web view工程量计算规则：...

2012 年火炬计划统计工作

2013 年度火炬计划统计工作要点

第五章工作设计

6.1 单位工程施工组织设计概述

matlab 科学工程计算

第六章照明设计

第 7 章 matlab 工程计算

工业会计实务（企业会计准则）

led 照明工程 设计与施工

led 照明工程设计与施工