知識：手把手教你計算光電參數，設計高光效產品（純干貨）

文章來源:恒光電器

發布時間:2016-04-01

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　　作為一個光學設計師，工程照明，在工作中經常遇到關于光電參數計算的問題，家用照明，以前100lm/W燈管就是好產品，但隨著LED的發展，要求也水漲船高，現在很多工程案例為了節能，光效從120漲到150、甚至180lm/W，讓人非常頭疼。

　　下面結合實例，談一談怎么設計一款光電滿足要求的燈具。

　　標稱值一般指產品穩定后的測試數據。

　　你首先必須知道燈具測試的標準，大部分燈具可以直接通過積分球完成光電測試，依據IESLM79提供的方法，需要待燈具穩定后來測試，至于一些參數虛標的產品可以無視。

　　圖1.IES LM79中對燈具穩定的要求

　　為什么一定是穩定后的數據，大部分LED產品從瞬態到穩態都有一個衰減，裝修照明，而這些衰減很大，不能夠忽視。
　　通過測試這些衰減大小，可以等到一個相對的熱衰減系數，可以參看紅字部分。

 

　　表2市場上8-9W球泡燈的測試參數

　　LED燈珠選型與測試

　　設計的時候，首先是LED選型，LED規格書好多頁，讓你眼花繚亂。主要有額定功率、光通量、電壓、色溫、顯色指數、色容差等等。如果繼續深究下去，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，這些對光源壽命都有著很大影響。

　　對LED而言，最重要的就是額定電流下光通量，比如現在最常用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測試時光通量就是240-260lm？

　　答案是否定的，以下是一些誤差的來源，最后測試報告一定是以自己儀器測試為準，所以就需要弄清楚這些系數。

　　表3 一些誤差匯總

　　然而這些系數有時候推算比較麻煩，也少不了很多一對一測試。所以我的思路是，直接將廠商的標準LED燈珠焊在燈板上，用大積分球測試，直流供電，測試多個電流下的數據。

　　如果你設計一款常規的產品，對光效沒有要求，額定電流下測試就可以了。但如果你需要更高光效的產品，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，質量，更多的時候兩者需要結合來使用。

　　表4 一款顆粒的測試數據

　　LED燈珠數量計算

　　做好以上一些工作后了，你還缺少兩個重要的參數，一個是燈具電源轉換效率，照明產品，另外一個就是燈具的光學效率，可以通過如下公式計算，有時候面對全新的燈具無從入手，可以根據經驗進行一些估算。

　　電源效率=LED電壓×通過LED的電流÷輸入功率

　　光學效率=燈具光通量÷裸光源測試光通量

　　注.以上均為瞬態測試

　　下面就開始正式的計算步驟：

　　1、確定設計光效；

　　假設客戶要求是13W1800lm，那么此時光效要求就是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（光通量衰減、VF衰減），公式如下：

　　LED燈珠光效×透光率×衰減系數×電源效率=燈具光效

　　比如現在需要做的燈管，透光率94%，瞬態到穩態光效衰減1.5%，口碑，電源效率90%，燈珠光效即139lm/W÷0.94÷0.985÷0.9=167lm/W。通過查表，得到一個合適的電流55mA

　　3、確定燈珠數量

　　單顆燈珠功率×數量=燈具功率×電源效率×衰減系數

　　電流確定后，查表可以得到單顆功率0.153W。數量=13×0.9×0.975÷0.153=75顆，但這個數量不能直接使用，因為還要考慮電源的參數，裝修照明，搭配合適的串并聯，得到最終一個準確的數值：40串2并。

　　注.有可能計算需要的很少顆粒數，綠色照明，但使用起來會明顯的顆粒感，所以這樣的設計也是不合理的。

　　進階篇-計算工具設計

　　通過以上過程，你能算出各種LED燈珠方案。但有時候經常需要計算不同廠商的不同燈珠，從而比較哪種方案更優，重復的計算也是很麻煩的一件事，所以交給excel會方便很多。

　　首先對原始數據整理，可得如下兩個曲線，如果要求不高，可以采用線性擬合，即y=ax+b。為了更加精確，我此處采用的二項式擬合，y=ax2+bx+c。

　　圖5電流與正向電壓、光效的關系

　　通過電流，將燈具的所有參數聯系起來，通過表格設計，就可以更加簡單的計算光效了。后續也可以增進一些亮度BIN、電壓BIN、電源恒流精度等參數，計算整批產品的參數范圍。

　　表6計算表格與光源數據庫

　　結語：高光效LED是未來趨勢

　　LED的在使用過程中，商業照明，將電轉化為光的比例在40%左右，而其他能量用于發熱， LED置換工程，還有很大的空間去提高這一數值，理論上LED的光效極限是300多。隨著光效的逐年提升，LED會越來越節能，發熱量也會大大降低，甚至以后都不需要單獨的散熱器。

　　在高光效產品的設計中，性能和成本始終很矛盾，只能綜合各部分，從而達到一個平衡，以下一些個人經驗，可以供大家參考，有不足之處請指出：

　　1、使用更好的光源，商業照明，并將光源降低電流使用，從某種程度是可以達到目標，但成本也會成倍增加

　　2、提高光學效率，比如PCB使用高反射白油，商業照明，金屬反射杯表面處理，降低PC霧度，使用更好的擴散粒子，通過這些優化，球泡燈和燈管的光學效率可以達到97%

　　3、優化電源效率，現在非隔離的效率一般都是90%，通過某一點的優化，還能夠提升2%

　　4、創造更好的散熱條件，技術資訊，從文章一開始就知道，辦公照明，燈具從瞬態到穩態的過程，光通量會瞬時很多，如果加大散熱結構，使用鋁基板并增大敷銅面積，無疑能夠提升穩態的光通量。

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