LED照明的設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)小知識(shí)

在科技高度發(fā)展的今天，電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代越來(lái)越快，LED燈的技術(shù)也在不斷發(fā)展，為我們的城市裝飾得五顏六色。LED照明產(chǎn)品最關(guān)鍵的幾個(gè)部分通俗的說(shuō)就是配光、結(jié)構(gòu)、電子，而配光、結(jié)構(gòu)、電子用專業(yè)術(shù)語(yǔ)表達(dá)為：光性能、熱性能、電性能。在此同時(shí)，配光尤為重要，不懂配光，就做不好LED照明,確定用誰(shuí)的LED封裝結(jié)構(gòu);接下來(lái)考慮怎樣適應(yīng)這些封裝形式。

熱性能(結(jié)構(gòu))

照明用的LED發(fā)光效率和功率的提供是LED產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵之一，在此同時(shí)，LED的PN結(jié)溫度及殼體散熱問(wèn)題顯得尤為重要。PN結(jié)溫與燈體溫度差異越大，那么熱阻越大，隨之光能被轉(zhuǎn)換成熱能白白消耗掉，嚴(yán)重時(shí)LED損壞。一個(gè)好的結(jié)構(gòu)工程師，不僅要考慮燈具的結(jié)構(gòu)與LED的熱阻，還要考慮燈具的外形是否合理、時(shí)尚、新穎，當(dāng)然還有可靠性和可維護(hù)性以及實(shí)用性，即要站在設(shè)計(jì)者的角度去思考，又要站在用戶的角度去考量產(chǎn)品…

1、最短的熱傳到路徑，減小熱傳導(dǎo)阻力;2、增大相互傳導(dǎo)面積，增加熱傳到速度.3、合理的計(jì)算設(shè)計(jì)散熱面積;4、有效的利用熱容量效應(yīng)。

目前上游龍企業(yè)，比如CREE已經(jīng)可以做到的芯片光效可以達(dá)到130-150lm/W。但是LED結(jié)溫高低直接影響到LED出光效率、器件壽命、可靠性、發(fā)射波長(zhǎng)等。保持LED結(jié)溫在允許的范圍內(nèi)，是大功率LED芯片制備、器件封裝和器件應(yīng)用等每個(gè)環(huán)節(jié)都必須重點(diǎn)研究的關(guān)鍵因素，尤其是LED器件封裝和器件應(yīng)用設(shè)計(jì)必須著重解決的核心問(wèn)題。

現(xiàn)在主流的應(yīng)用技術(shù)材質(zhì)是用鋁基板來(lái)封裝，但是鋁基板封裝的芯片散熱和光轉(zhuǎn)換效率都存在技術(shù)核心瓶頸，不能有效地控制結(jié)溫和穩(wěn)定地維持高功率的光輸出，并且應(yīng)用會(huì)因?yàn)樾酒庑г礁?，所需的鋁基板面積就越大，會(huì)加大成本和應(yīng)用體積，極為不便。所以如何走出此誤區(qū)另辟新路是新的技術(shù)核心特點(diǎn)。在保持低成本和被動(dòng)散熱方式的前提下，利用高導(dǎo)熱介質(zhì)，通過(guò)嶄新的器件/燈具整體結(jié)構(gòu)，降低熱阻，降低PN結(jié)結(jié)溫，使PN結(jié)工作在允許工作溫度內(nèi)，保持最大量光子輸出,其起碼的要求如下：

(1)超低熱阻材料，快速散熱整體結(jié)構(gòu)技術(shù);(2)高導(dǎo)熱、抗UV封裝技術(shù);(3)應(yīng)用低環(huán)境應(yīng)力結(jié)構(gòu)技術(shù);(4)整體熱阻<20K/W，結(jié)溫<80度;(5)LED光源照明模組工作溫度控制在65℃以下。

光性能(配光)

LED的光學(xué)性能主要涉及到光譜、光度和色度等方面的性能要求。根據(jù)新制定的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)“半導(dǎo)體發(fā)光二極管測(cè)試方法”，主要有發(fā)光峰值波長(zhǎng)、光譜輻射帶寬、軸向發(fā)光強(qiáng)度角、光通量、輻射通量、發(fā)光效率、色品坐標(biāo)、相關(guān)色溫、色純度和主波長(zhǎng)、顯色指數(shù)等參數(shù)。顯示用的LED，主要是視覺(jué)的直觀效果，因此對(duì)相關(guān)顯色指數(shù)不作要求，而照明用的白光LED，色溫、顯色指數(shù)和照度就尤為重要，它是照明氣氛和效果的重要指標(biāo)，而色純度和主波長(zhǎng)一般沒(méi)有要求。

目前全球LED行業(yè)內(nèi)的主流做法是在封裝LED芯片形成光源或光源模組以后，在做成燈具的時(shí)候再進(jìn)行配光，這樣采用的是原有傳統(tǒng)光源的做法，因?yàn)閭鹘y(tǒng)光源是360°發(fā)光。如果要把光導(dǎo)到應(yīng)用端，目前飛利浦的傳統(tǒng)燈具做到最好的一款，光損失也達(dá)到40%。而我們國(guó)內(nèi)眾多的LED下游廠家應(yīng)用的燈具光學(xué)參數(shù)其實(shí)都是芯片或者光源的光學(xué)參數(shù)，而不是整體燈具的的光學(xué)指標(biāo)參數(shù)。

現(xiàn)在最先進(jìn)的科學(xué)方法是在芯片封裝上就做配光，一次把芯片的光導(dǎo)出來(lái)，維持最大的光輸出，這樣光損率只有5%-10%。隨著技術(shù)的不斷改進(jìn)，光損率將會(huì)越來(lái)越低，光源的光效會(huì)越來(lái)越高。同樣配有這樣的光源燈具無(wú)需再做配光，相對(duì)的燈具效率將會(huì)大大提高，使之更為廣泛地使用到功能性照明之中，形成相當(dāng)規(guī)模的市場(chǎng)渠道。因此一個(gè)好的LED供應(yīng)商，是我們當(dāng)務(wù)之急，我們沒(méi)必要花高代價(jià)去研究我們的LED如何去配光為好，也不需要花很多時(shí)間和經(jīng)歷讓工程師去用軟件仿真，最簡(jiǎn)單的方法就是讓LED白光供應(yīng)商來(lái)配合。要知道，我們的工程師如用軟件去仿真，那么必需的動(dòng)作就是輸入和輸出。輸入即前期的數(shù)據(jù)導(dǎo)入，輸出則仿真的結(jié)果，那么要求前期的數(shù)據(jù)必須準(zhǔn)確無(wú)誤后端的仿真才能正確。

電性能(電子)

如果把一個(gè)照明燈具比喻成一個(gè)少女，那么配光是她的內(nèi)涵、結(jié)構(gòu)則是她的容貌、電子就是她的心臟。(吸引人們眼球的總是那些外表美麗、時(shí)尚的美女們，產(chǎn)品亦是如此)。人沒(méi)有心臟則沒(méi)有生命，燈具沒(méi)有電子則不成電源，一個(gè)好的驅(qū)動(dòng)電源也能決定一個(gè)產(chǎn)品的壽命。電子方面的標(biāo)準(zhǔn)和參數(shù)往往要比結(jié)構(gòu)復(fù)雜得多，前期的研發(fā)精力投入也比較大。目前的技術(shù)走向和更新是日新月異，一天一個(gè)樣…工程師們得花很大的精力去學(xué)習(xí)、吸收、分解、應(yīng)用新技術(shù)。電子設(shè)計(jì)的前期計(jì)劃，中期實(shí)施，后期的成型整個(gè)過(guò)程需形成文件、形成數(shù)據(jù)這也是設(shè)計(jì)中最繁瑣的事情。比如:一個(gè)電源設(shè)計(jì)時(shí)的一個(gè)前期方案，產(chǎn)品簡(jiǎn)介、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范依據(jù)、安全規(guī)格依據(jù)、電性能期望值、工藝要求、原材料評(píng)估、測(cè)試方法等等都要形成系統(tǒng)文件…

LED電源作為L(zhǎng)ED燈的核心部件，猶如LED的心臟，LED驅(qū)動(dòng)電源的好壞直接決定了LED燈具的好壞。首先，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，室外LED驅(qū)動(dòng)電源必須有嚴(yán)格的防水功能，否則，無(wú)法承受外界惡劣的使用環(huán)境。其次，LED驅(qū)動(dòng)電源的防雷功能也致關(guān)重要。外界工作時(shí)難免遇到雷雨天氣，如果驅(qū)動(dòng)電源無(wú)防雷功能，將直接影響LED燈具壽命，增加燈具維護(hù)成本;最后，在原材料的選用上，其可靠性必須滿足其壽命需求，功能特性需足夠的好。目前LED芯片理論壽命大約是10萬(wàn)小時(shí)，而業(yè)界元器件壽件如要與之匹配，關(guān)鍵元器件的選擇必須經(jīng)過(guò)完善的DMT、DVT的驗(yàn)證管理，以保證長(zhǎng)壽命及產(chǎn)品可靠性要求，否則電源壽命不夠，燈具壽命也就無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

20W以內(nèi)市電驅(qū)動(dòng)時(shí)48V左右比較合適;較大的功率市電驅(qū)動(dòng)輸出電壓36V左右最合適;離線式照明大部分是12V和24V電壓。

特點(diǎn)：

基于串并聯(lián)安全考慮出負(fù)載合適的驅(qū)動(dòng)電壓值，盡量統(tǒng)一電壓值減小電源設(shè)計(jì)規(guī)格成本;基于安規(guī)規(guī)定，產(chǎn)品設(shè)計(jì)要符合認(rèn)證要求，流峰值超過(guò)42.4Vac或直流超過(guò)60Vdc的電壓 ;從解決LED照明市場(chǎng)大規(guī)模上量的技術(shù)和品質(zhì)問(wèn)題考慮。LED驅(qū)動(dòng)電源在節(jié)能、高效、壽命優(yōu)于傳統(tǒng)燈具，才能讓LED真正做到節(jié)能降耗，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

LED的散熱(結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì))，是決定光通維持率，組件、設(shè)備安全的關(guān)鍵。LED配光(光學(xué)設(shè)計(jì))，是行業(yè)技術(shù)水平象征。掌握好以上技術(shù)，LED照明也就簡(jiǎn)單了?，F(xiàn)在的LED燈或許會(huì)有一些問(wèn)題，但是我們相信隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，在我們科研人員的努力下，這些問(wèn)題終將唄解決，未來(lái)的LED一定是高效率，高質(zhì)量的。