知識(shí):手把手教你計(jì)算光電參數(shù),設(shè)計(jì)高光效產(chǎn)品(純干貨)
文章來(lái)源:恒光電器
發(fā)布時(shí)間:2016-04-01
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作為一個(gè)光學(xué)設(shè)計(jì)師,,工程照明,,在工作中經(jīng)常遇到關(guān)于光電參數(shù)計(jì)算的問(wèn)題,家用照明,,以前100lm/W燈管就是好產(chǎn)品,,但隨著LED的發(fā)展,要求也水漲船高,,現(xiàn)在很多工程案例為了節(jié)能,,光效從120漲到150、甚至180lm/W,,讓人非常頭疼,。
下面結(jié)合實(shí)例,談一談怎么設(shè)計(jì)一款光電滿足要求的燈具,。
標(biāo)稱值一般指產(chǎn)品穩(wěn)定后的測(cè)試數(shù)據(jù),。
你首先必須知道燈具測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn),大部分燈具可以直接通過(guò)積分球完成光電測(cè)試,,依據(jù)IESLM79提供的方法,,需要待燈具穩(wěn)定后來(lái)測(cè)試,至于一些參數(shù)虛標(biāo)的產(chǎn)品可以無(wú)視,。
圖1.IES LM79中對(duì)燈具穩(wěn)定的要求
為什么一定是穩(wěn)定后的數(shù)據(jù),,大部分LED產(chǎn)品從瞬態(tài)到穩(wěn)態(tài)都有一個(gè)衰減,裝修照明,,而這些衰減很大,,不能夠忽視。
通過(guò)測(cè)試這些衰減大小,,可以等到一個(gè)相對(duì)的熱衰減系數(shù),,可以參看紅字部分。
表2市場(chǎng)上8-9W球泡燈的測(cè)試參數(shù)
LED燈珠選型與測(cè)試
設(shè)計(jì)的時(shí)候,,首先是LED選型,,LED規(guī)格書(shū)好多頁(yè),讓你眼花繚亂,。主要有額定功率,、光通量、電壓,、色溫,、顯色指數(shù)、色容差等等,。如果繼續(xù)深究下去,,支架有ppa,、pct、emc幾種,,建筑照明,,芯片尺寸有好多種,熒光粉,、硅膠,、金線、支架金屬都有很大的貓膩,,這些對(duì)光源壽命都有著很大影響,。
對(duì)LED而言,,最重要的就是額定電流下光通量,,比如現(xiàn)在最常用2835顆粒,額定60mA的光通量24-26lm,。那是不是我將100pcs該LED焊在燈條上,,60mA測(cè)試時(shí)光通量就是240-260lm?
答案是否定的,,以下是一些誤差的來(lái)源,,最后測(cè)試報(bào)告一定是以自己儀器測(cè)試為準(zhǔn),所以就需要弄清楚這些系數(shù),。
表3 一些誤差匯總
然而這些系數(shù)有時(shí)候推算比較麻煩,,也少不了很多一對(duì)一測(cè)試。所以我的思路是,,直接將廠商的標(biāo)準(zhǔn)LED燈珠焊在燈板上,,用大積分球測(cè)試,直流供電,,測(cè)試多個(gè)電流下的數(shù)據(jù),。
如果你設(shè)計(jì)一款常規(guī)的產(chǎn)品,對(duì)光效沒(méi)有要求,,額定電流下測(cè)試就可以了,。但如果你需要更高光效的產(chǎn)品,那些方法就不適用了,,要么選擇更亮的燈珠,,要么就是降低電流使用,質(zhì)量,,更多的時(shí)候兩者需要結(jié)合來(lái)使用,。
表4 一款顆粒的測(cè)試數(shù)據(jù)
LED燈珠數(shù)量計(jì)算
做好以上一些工作后了,你還缺少兩個(gè)重要的參數(shù),,一個(gè)是燈具電源轉(zhuǎn)換效率,,照明產(chǎn)品,,另外一個(gè)就是燈具的光學(xué)效率,可以通過(guò)如下公式計(jì)算,,有時(shí)候面對(duì)全新的燈具無(wú)從入手,,可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行一些估算。
電源效率=LED電壓×通過(guò)LED的電流÷輸入功率
光學(xué)效率=燈具光通量÷裸光源測(cè)試光通量
注.以上均為瞬態(tài)測(cè)試
下面就開(kāi)始正式的計(jì)算步驟:
1,、確定設(shè)計(jì)光效,;
假設(shè)客戶要求是13W1800lm,那么此時(shí)光效要求就是139lm/W
2,、確定使用顆粒的電流:
影響光效的主要有透光率,、燈珠本身、熱衰減系數(shù)(光通量衰減,、VF衰減),,公式如下:
LED燈珠光效×透光率×衰減系數(shù)×電源效率=燈具光效
比如現(xiàn)在需要做的燈管,透光率94%,,瞬態(tài)到穩(wěn)態(tài)光效衰減1.5%,,口碑,電源效率90%,,燈珠光效即139lm/W÷0.94÷0.985÷0.9=167lm/W,。通過(guò)查表,得到一個(gè)合適的電流55mA
3,、確定燈珠數(shù)量
單顆燈珠功率×數(shù)量=燈具功率×電源效率×衰減系數(shù)
電流確定后,,查表可以得到單顆功率0.153W。數(shù)量=13×0.9×0.975÷0.153=75顆,,但這個(gè)數(shù)量不能直接使用,,因?yàn)檫要考慮電源的參數(shù),裝修照明,,搭配合適的串并聯(lián),,得到最終一個(gè)準(zhǔn)確的數(shù)值:40串2并。
注.有可能計(jì)算需要的很少顆粒數(shù),,綠色照明,,但使用起來(lái)會(huì)明顯的顆粒感,所以這樣的設(shè)計(jì)也是不合理的,。
進(jìn)階篇-計(jì)算工具設(shè)計(jì)
通過(guò)以上過(guò)程,,你能算出各種LED燈珠方案。但有時(shí)候經(jīng)常需要計(jì)算不同廠商的不同燈珠,,從而比較哪種方案更優(yōu),,重復(fù)的計(jì)算也是很麻煩的一件事,所以交給excel會(huì)方便很多,。
首先對(duì)原始數(shù)據(jù)整理,,可得如下兩個(gè)曲線,,如果要求不高,可以采用線性擬合,,即y=ax+b,。為了更加精確,我此處采用的二項(xiàng)式擬合,,y=ax2+bx+c,。
圖5電流與正向電壓、光效的關(guān)系
通過(guò)電流,,將燈具的所有參數(shù)聯(lián)系起來(lái),,通過(guò)表格設(shè)計(jì),就可以更加簡(jiǎn)單的計(jì)算光效了,。后續(xù)也可以增進(jìn)一些亮度BIN,、電壓BIN、電源恒流精度等參數(shù),,計(jì)算整批產(chǎn)品的參數(shù)范圍,。
表6計(jì)算表格與光源數(shù)據(jù)庫(kù)
結(jié)語(yǔ):高光效LED是未來(lái)趨勢(shì)
LED的在使用過(guò)程中,,商業(yè)照明,,將電轉(zhuǎn)化為光的比例在40%左右,而其他能量用于發(fā)熱,, LED置換工程,,還有很大的空間去提高這一數(shù)值,理論上LED的光效極限是300多,。隨著光效的逐年提升,,LED會(huì)越來(lái)越節(jié)能,發(fā)熱量也會(huì)大大降低,,甚至以后都不需要單獨(dú)的散熱器,。
在高光效產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中,性能和成本始終很矛盾,,只能綜合各部分,,從而達(dá)到一個(gè)平衡,以下一些個(gè)人經(jīng)驗(yàn),,可以供大家參考,,有不足之處請(qǐng)指出:
1、使用更好的光源,,商業(yè)照明,,并將光源降低電流使用,從某種程度是可以達(dá)到目標(biāo),,但成本也會(huì)成倍增加
2,、提高光學(xué)效率,,比如PCB使用高反射白油,商業(yè)照明,,金屬反射杯表面處理,,降低PC霧度,使用更好的擴(kuò)散粒子,,通過(guò)這些優(yōu)化,,球泡燈和燈管的光學(xué)效率可以達(dá)到97%
3、優(yōu)化電源效率,,現(xiàn)在非隔離的效率一般都是90%,,通過(guò)某一點(diǎn)的優(yōu)化,還能夠提升2%
4,、創(chuàng)造更好的散熱條件,,技術(shù)資訊,從文章一開(kāi)始就知道,,辦公照明,,燈具從瞬態(tài)到穩(wěn)態(tài)的過(guò)程,光通量會(huì)瞬時(shí)很多,,如果加大散熱結(jié)構(gòu),,使用鋁基板并增大敷銅面積,無(wú)疑能夠提升穩(wěn)態(tài)的光通量,。
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