LED灯具结构分析报告课件

1、四、LED灯具寿命与信赖度四、LED灯具寿命与信赖度在某一个特定电子器件个体发生失效之前，难以标明其确切的寿命值，但明确了某一批电子器件产品的失效率（t）特征后，就可以得到表征其可靠性的若干寿命特征量，如平均寿命、可靠寿命、中位寿命、特征寿命等4.1、电子器件的寿命在某一个特定电子器件个体发生失效之前，难以标明其确切的寿命值（1）平均寿命：指一批电子器件产品寿命的平均值。（2）可靠寿命TR：指一批电子器件产品的可靠度R（t）下降到时，所经历的工作时间。（1）平均寿命：指一批电子器件产品寿命的平均值。（2）可靠（3）中位寿命：指产品的可靠度R（t）将为50%时的寿命。（4）特征寿命：指产品的可靠

2、度R（t）降为1/e时的寿命。（3）中位寿命：指产品的可靠度R（t）将为50%时的寿命。（假如不考虑电源和驱动的故障，LED的寿命表现为它的光衰，也就是时间长了，亮度就越来越暗，直到最后熄灭。通常定义衰减30%的时间作为其寿命。 4.2.1 LED的光衰 大多数白色LED是由蓝色LED照射黄色荧光粉而得到的。引起LED光衰的主要原因有两个，一个是蓝光LED本身的光衰，蓝光LED的光衰远比红光、黄光、绿光LED要快。还有一个是荧光粉的光衰，荧光粉在高温下的衰减十分严重。4.2、 LED寿命假如不考虑电源和驱动的故障，LED的寿命表现为它的光衰，也就各种品牌的LED它的光衰是不同的。通常LED的厂

3、家能够给出一套标准的光衰曲线来。例如美国Cree公司的光衰曲线就如图1所示。 图1. Cree公司的LED的光衰曲线 从图中可以看出，LED的光衰是和它的结温有关，所谓结温就是半导体PN结的温度，结温越高越早出现光衰，也就是寿命越短。从图上可以看出，假如结温为105度，亮度降至70%的寿命只有一万多小时，95度就有2万小时，而结温降低到75度，寿命就有5万小时，65度时更可以延长至9万小时。所以延长寿命的关键就是要降低结温。 各种品牌的LED它的光衰是不同的。通常LED的厂家能够给出一当结温从115提高到135，就会使寿命从50,000小时降低到20,000小时。其他各家公司的光衰曲线应当可以

4、向原厂索取。图2. Lumiled 公司的LuxeonK2的光衰曲线 当结温从115提高到135，就会使寿命从50,000小时4.2.2 延长寿命的关键：降低其结温 降低结温的关键就是要有好的散热器。能够及时地把LED产生的热散发出去。 通常LED是焊接到铝基板，而铝基板又安装到散热器上，假如只能测量散热器外壳的温度，那么要推算结温就必须知道很多热阻的值。包括Rjc（结到外壳），Rcm（外壳到铝基板，其实其中还应当包括薄膜印制版的热阻），Rms（铝基板到散热器），Rsa（散热器到空气），其中只要有一个数据不准确就会影响测试的准确度。4.2.2 延长寿命的关键：降低其结温 图3给出了LED到散热

5、器各个热阻的示意图。其中合并了很多热阻，使得其精确度更加受到限制。也就是说，要从测得的散热器表面温度来推测结温的精确度就更差。图3. LED到散热器各个热阻的示意图 但可以根据LED伏安特性间接推算结温图3给出了LED到散热器各个热阻的示意图。其中合并了很多热阻LED伏安特性的温度系数我们知道LED是一个半导体二极管，它和所有二极管一样具有一个伏安特性，这个伏安特性有一个温度特性。其特点就是当温度上升的时候，伏安特性左移。图4中画出了LED的伏安特性的温度特性。 假定对LED以Io恒流供电，在结温为T1时，电压为V1，而当结温升高为T2时，整个伏安特性左移，电流Io不变，电压变为V2。这两个电

6、压差被温度去除，就可以得到其温度系数，以mV/C表示。对于普通硅二极管，这个温度系数大约为-2mV/C。但是LED大多数不是用硅材料制成的，所以它的温度系数也要另外去测定。图4. LED伏安特性的温度特性LED伏安特性的温度系数假定对LED以Io恒流供电，在结温为如何具体测算LED的结温？要求已经把LED安装到散热器里，并且是采用恒流驱动器作为电源。同时要把连接到LED去的两根线引出来。在通电以前就把电压表连接到输出端（LED的正极和负极），然后接通电源，趁LED还没有热起来之前，马上读出电压表的读数，也就是相当于V1的值，然后等至少1小时，等它已经达到热平衡，再测一次，LED两端的电压，相当

7、于V2。把这两个值相减，得出其差值。再被4mV去除一下，就可以得出结温了。实际上，LED多半为很多个串联再并联，这也不要紧，这时的电压差值是由很多串联的LED所共同贡献，所以要把这个电压差值除以所串联的LED数目再去除以4mV，就可以得到其结温。 如何具体测算LED的结温？要求已经把LED安装到散热器里，并4.3、 LED灯具寿命的依赖度LED寿命可以达到100000小时 ？这只是水平较高LED的理论数据，是省略了一些边界条件（即理想条件）下的数据，而LED在真正使用时还有很多因素影响其寿命，主要有以下4个因素：1、芯片2、封装3、灯具设计4、电源4.3、 LED灯具寿命的依赖度LED寿命可以

8、达到100004.3.1、芯片LED在制造过程中，其它杂质离子的污染、晶格缺陷等工艺过程都会影响LED的寿命，所以要采用高品质的LED是首要条件；4.3.2、封装 LED的后工艺封装是否合理也是影响LED灯具寿命的重要因素之一。目前全球几大公司如cree、lumilends、日亚等较高水平的LED封装都有专利保护，这些公司的后工艺封装要求水平都比较高，LED的寿命因而就有所保证。 目前大多数企业的LED后工艺封装仿制较多，从外形看还可以，但是工艺结构及工艺质量较差，严重影响LED的寿命；4.3.1、芯片散热设计最短的热传到路径，减小热传导阻力； 增大相互传导面积，增加热传到速度； 合理的计算设

9、计散热面积； 有效的利用热容量效应。散热设计最短的热传到路径，减小热传导阻力；4.3.3、灯具设计灯具设计是否合理，这也是影响LED灯具寿命的关键问题。合理的灯具设计在满足灯具其它指标之外，一个关键要求是要将LED点亮时产生的热能散发出来，即就是采用cree等公司的优质LED原装品，使用在不同灯具上，LED的寿命可以相差几倍甚至几十倍。例如现在市场上有集成光源灯具的销售（单颗30W、50W、100W）,这些产品光源与散热通道接触部分散热不畅，结果导致有些产品在点亮13个月就光衰50以上，有些产品使用0.07W左右的小功率管，由于没有合理的散热机构，导致光衰非常快，甚至有些城市政策性推广，结果闹

10、出一些笑话。这些产品技术含量低、造价低、寿命短；4.4.4、电源灯具使用电源是否合理。LED是电流驱动器件，若电源电流波动较大，或者电源尖脉冲出现频率较高，都会影响LED光源的寿命。电源本身的寿命主要取决于电源设计是否合理，在电源设计合理前提下，电源的寿命就取决于元器件的寿命。4.3.3、灯具设计输出驱动电压选择：20W以内市电驱动时48V左右比较合适；较大的功率市电驱动输出电压36V左右最合适；离线式照明大部分是12V和24V电压。 基于串并联安全考虑出负载合适的驱动电压值,尽量统一电压值减小电源设计规格成本； 基于安规规定，产品设计要符合认证要求,流峰值超过42.4Vac或直流超过60Vd

11、c的电压 ； 从解决LED照明市场大规模上量的技术和品质问题考虑。输出驱动电压选择：20W以内市电驱动时48V左右比较合适； 五、LED照明器具所要求的光特性五、LED照明器具所要求的光特性目前，LED主要用于三大领域： 1) 显示：如指示灯、信号灯、警示灯、显示屏等； 2) 照明：手电筒、矿灯、定向照明灯、辅助照明灯等； 3) 功能辐射：如生物分析、光疗、光固化、植物照明等。 衡量LED光电性能的主要参数如表1所示。 目前，LED主要用于三大领域： 1) 显示：如指示灯5.1、 照明的四个基本度量光通量光强度照度亮度5.1、 照明的四个基本度量光通量光强度照度亮度 什么是光通量？光源在单位时

12、间内发出的光的总量称光通量,以F表示.单位为流明(lm) 1w(波长555纳米）=683 流明常见某些光源的光通量：自行车头灯:、3W30 lm白志灯:75W900 lm荧光灯:TLD 58W5200 lm 什么是光通量？光源在单位时间内发出的光的总量称光通量,以F波长 (nm) 相对视觉灵敏度 4000500600700800555 nm0,20,40,60,81,0 光谱视觉敏感度人眼在可见光谱范围的视觉敏感度随波长而变化,峰值为555 n m(绿色).光通量就是以人眼视觉曲线为标准的能量.波长 (nm) 相对视觉灵敏度 400050060070 辐射功率比重对比光谱视觉敏感度Na波长 (

13、nm) 400500600700800555 nm490 nm589 nm相对视觉灵敏度 00,20,40,60,81,01w(波长555纳米）=683 流明1w(波长490纳米）=0.2*683=137 流明 辐射功率比重对比光谱视觉敏感度Na波长 (nm) 400人眼绿色植物400500600700800555 nm675 nm00,20,40,60,81,0 人眼的灵敏度和绿色植物光合作用相对视觉灵敏度 波长 (nm) 人眼绿色植物400500600700800555 nm675 什么是发光强度？* 发光强度是通过照度计在距离光源较大一段距离时测量的。I光源在给定方向的单位立体角中发射的

14、光通量定义为光源在该方向上的光强度(简称光强),以 I 表示.单位为坎德拉 (cd) 什么是发光强度？* 发光强度是通过照度计在距离光源较大一段 什么是照度？入射于被照物体单位面积上的光通量就是照度。以E表示。单位为勒克斯 (lx=lm/m2)* 照度与光通量入射到表面的方向无关。 什么是照度？入射于被照物体单位面积上的光通量就是照度。以E 100 lux 2500 lux 5000 lux 10 000 lux 100 000 lux 通常室内外照度等级 (中午阳光下不同位置的照度) 100 lux 2500 l 什么是亮度？* 亮度是根据对比而来，因此是由主观感觉决定的， 它取决于照度和材

15、料的反射特性。因为在计划阶段，这些材料大部分是未知的，因此只有照度是可以预知的。光源在某一方向的光亮度(简称亮度)是光源在该方向上的单位投影面在单位立体角中发射的光通量.以L表示.单位为坎德拉/平方米 (cd/m2) 什么是亮度？* 亮度是根据对比而来，因此是由主观感觉决定的 什么是固体的表观面积？它和亮度的关系？用圆锥体来演示表观面积即与观察方向成直角的一个平面上，其表面任意区域的投射。因为光强度和表观面积都和距离无关，所以亮度也和距离无关 什么是固体的表观面积？它和亮度的关系？用圆锥体来演示表观面从哪些方面对光进行测量？它们分别是通过什么进行测量的？-光通量（图）-发光强度：测向光度仪（图

16、）-照度：照度计（图）-亮度：亮度计（图）1.光源2.非透明屏Opaque screen3.光电池4.光射线(反射一次) 5.光射线 (反射两次)从哪些方面对光进行测量？它们分别是通过什么进行测量的？1.1234512345LED灯具结构分析报告课件LED灯具结构分析报告课件LED灯具结构分析报告课件5.2、 光源的色温及显色性 一、 色温 将一标准黑体加热(如白炽灯中的钨丝)，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。基本色 如表所示：5.2、 光源的色

17、温及显色性 一、 色温(色温常识)表一 色温光色气氛效果大于5000K清凉（带蓝的白色）清冷的感觉 三基色荧光灯 水银灯 汞灯3300-5000K左右中间（接近自然光）无明显视觉心理效果 三基色荧光灯u金卤灯小于3300K温暖（带桔花的白色）温暖的感觉 白炽灯 石英卤素灯色温(5000K)较高的空间(色温常识)表一 色温光色气氛效果大于5000K清凉（带蓝(色温感知)表二色温感知光色感觉照明效果2000-3000K日出0.5小时金黄-白中带红温暖稳重3000K-4500K日出2小时白中带黄中间偏暖自然4500K-5600K日出4小时白中间舒适5600K阴天白中带蓝中间偏凉耀眼(色温感知)表二色

18、温感知光色感觉照明效果2000-3000K(不同色温空间效果)图例说明：色温低色温高K值(色温)越低，光色越偏红。K值(色温)越高，光色越偏蓝。 (不同色温空间效果)图例说明：色温低色温高K值(色温)越低， 二、 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有相同，如：高压钠灯的显色指数为Ra=23，荧光灯管显色指数Ra=60-90。显色指数越接近100，显

19、色性就越好。如下图：不同显色指数下的物体所呈现出来的效果: 自然的显示方法效果显色忠实地再现色彩 二、 显色性自然的显示方法效果显色忠实地再现色 光源一般显色指数类别 显色类别一般显色指数范围适用场所举例IARa90颜色匹配、颜色检验等B90Ra80印刷、食品分检、油漆、店铺、饭店等80Ra60机电装配、表面处理、控制室、办公室、百货等 60Ra40机械加工、热处理、铸造等40Ra20仓库、大件金属库等 光源一般显色指数类别 显色类别一般显色指数范围适用场所 5.3、 颜色显色性和照度 光源的显色指数与照度一起决定环境的视觉清晰度。研究表明，在照度和显色指数之间存在一种平衡关系：用显色指数Ra

20、90的灯照明办公室，就其外观的满意程度来说，要比用显色指数低的灯（Ra60）照明的办公室效果好，照度值可降低25%以上。 应该尽可能选用有最佳显色指数和发光效率高的光源采用适当的照度，以便以最小的能量费用获得良好的视觉外观效果。 5.3、 颜色显色性和照度照度低、显色指数低的空间阴湿的空间印象。阴郁的空间印象。照度、色温低的空间印象绿色的线条内是基本上让人感觉心情舒畅的范围。（只从色温和照度的视点）照度低、显色指数低的空间照度、色温低的空间印象绿色的线条内5.4、眩光评价方法在视野范围内有亮度极高的物体，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

21、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。 5.4、眩光评价方法 眩光(英国)标准分类眩光指数GI眩光标准分类10勉强感到有眩光16可以接受的眩光19眩光临界值22

22、不舒适的眩光28不能忍受的眩光(多数用在照明设计中用到) 眩光(英国)标准分类眩光指数GI眩光标准分类10勉强感 眩光限制等级表： 眩光等级G眩光分类0 没眩光1不存在和轻微眩光之间2轻微眩光3厉害眩光4厉害和不能忍受眩光之间5不能忍受眩光对眩光程度的感觉，仅4种因素值得考虑（1）灯具亮度；（2）房间长度和灯具安装的高度（即距高比）；（3）由平均水平照度表示的视适应水平；（4）灯具种类，如灯具侧面是否发光等； (多数用在照明设计中用到) 眩光限制等级表： 眩光等级G眩光分类0 没眩光1不存在和LED灯具结构分析报告课件六、从设计到照明应用实例的分析六、从设计到照明应用实例的分析1、光源的种类和

23、特性 2、光色（色温）和照明 商品的显色方法适应卖场的气氛空间上的愉悦感所必要的空间色温体现出充实感、心理上的满足所必要的空间6.1、光源的选择和灯具（怎样选择光源） 商品的显色方法适应卖场的气氛空间上的愉悦感所必要的空间色温体6.2、商业照明的分类和方法 商业照明基本上是由：1、一般照明 2、重点照明 3、装饰照明三部分构成。三部分的构成比例要适当，而且要统筹兼顾、相互配合，就能获得优美的照明效果。 基础照明环境照明确保店铺内必要的基本的亮度的照明。环境照明重点照明局部突出的照明。基础照明的进一步设想，进一步演绎渲染店铺环境照明一般表现在远观效果基础照明重点照明基础照明基础照明环境照明确保店

24、铺内必要的基本的亮度的照明。环境照明重商品照明例使用筒射灯的重点照明使用柜架下方照明的商品照明商品照明例使用筒射灯的重点照明使用柜架下方照明的商品照明商品照明例(重点照明)突出金属的光泽感柜下灯的照明突出商品的凹凸感商品照明例(重点照明)突出金属的光泽感柜下灯的照明突出商品的6.3、照明设计标准 (参考) 国外商业照明照度标准值（lx） 序 号场 所CIE标准德 国英 国1百货商店5005002超级市场500750750500（垂直照度）3橱窗90010004大型商业中心5007505其它任何地段3005006.3、照明设计标准 (参考)序 号场 所CIE标准德 日本JIS照度标准值 序 号场

25、 所照度（lx）备 注1日用品商店（杂货、食品等）1502505002流行型店（服装、钟表、眼镜等）3005007503文化用品（家电、乐器、书店）5007004趣味休闲商店(相机.手工艺.花.收藏品等)2003005005高级专业商店（贵重金属、服装、艺术品等）1502003006美容店、理发店1502003007生活用品专卖（儿童用品、食品）300500750兼有758超级市场（城市中心）自选商场75010009超级市场（城市中心）自选商场30050075010大型店（百货店、批量售卖等）50075011食堂、饭店、餐馆、饮食兴饮食店75日本JIS照度标准值 序

26、号场 所照度（lx）备 注国际照明委员会照明标准（CIES 008/E-2001）商业部分 室内作业或活动种类Em(lx)VGRRa英 国零售店销售区（小）3002280销售区（大）5002280收银区5001980包装区5001980国际照明委员会照明标准（CIES 008/E-2001）商业6.4、室内建筑设施照明照度计算 一、利用系数法应用利用系数法计算被照场地平面上平均照度的基本公式如下： N*L*U*K Eav*AEav= - N= - A L*U*K式中L 灯具内光源的总光通量（lm）; Eav 被照场地平面上平均照度（lx）； N 所需灯具个个数； A 被照场地面积（m2）； K 维护系数； U