照明級LED能夠提供通用照明應用所要求的亮度、效率、壽命、色溫和白點穩定性（white-point stability），能夠極大地降低總體擁有成本（TCO）。本文介紹了采用大功率LED的照明應用設計的6個基本步驟：
（1）確定照明需求；
（2）確定設計目標；
（3）估計光學系統、熱系統和電氣系統的效率；
（4）計算需要的LED數量；
（5）考慮所有設計可能并選擇最佳設計；
（6）構建和評估原型照明。

雖然案例面向室內設計，但是所描述的方法適合所有LED照明應用。本文的其余部分依次討論這些設計步驟。為了更好地說明這些設計概念，本文給出了一個LED照明取代23W CFL嵌頂燈的計算例子。本設計步驟不僅針對本例，對所有類型照明都可重復使用。

步驟三：估計光學系統、熱系統和電氣系統的效率

設計過程中最重要的參數之一是，需要多少個LED才能滿足設計目標。其他的設計決策都是圍繞LED數量展開，因為LED數量直接影響光輸出、功耗以及照明成本。查看LED數據手冊（data sheet）列出的典型光通量（typical luminous flux），用該數除設計目標流明，這種方法很誘人。然而，此方法太簡化了，依此設計將滿足不了應用的照明要求。

LED的光通量依賴于多種因素，包括驅動電流（drive current）和結溫（junction temperature）。要準確計算所需要的數量，必須首先估計光學、熱學和電氣系統的無用效率（inefficiencie）。以前原型機設計的個人經驗，或者本文提供的例子數量，都可以作為指南來估計這些損失。本節對估計這些系統損失的過程進行簡述。

1、光學系統效率

通過考察光損失估計光學系統的功效。要估計的兩種主要的光損失源為：

（1）次級光學器件

次級光學器件（secondary optics）是不屬于LED本身的所有光學系統，如LED上的透鏡或擴散片。與次級光學器件相關的損失，根據使用的特定元件的不同而變化。通過各次級光元件的典型光學效率在85-90%之間。

（2）燈具內的光損失

當光線在到達目標物之前，打到燈具罩上時，就產生了燈具光損失。某些光被燈具罩吸收，有些則反射回燈具。固定物的效率由照明的布局、燈具殼的形狀及燈具罩的材料決定。

LED光具有方向性，可達到的效率比全方向照明（omni-directional light）可能達到的要高得多。

對示例中的照明，如果照明需要次級光學器件，則只存在次級光損失。次級光學器件的主要目的是改變LED的光輸出圖像。將Cree XLamp XR-E LED的光束角度與目標燈具的光輸出圖像進行比較，發現裸LED的光束角度與目標燈具的非常相似，所以不需要次級光學器件。因此，對本示例照明，不存在次級光學器件引起的光損失。

要計算本CFL示例的燈具損失，我們假定燈具反射杯的反射率為85%，60%的光將打到反射杯上。因此，光學效率為：
Optical Efficiency
= (100% x 40%) + (85% x 60%)
= 91%

2、熱損失

LED的相對通量輸出（relative flux output）隨著結溫的上升而降低。大多數LED數據手冊都列出了25℃下的典型光通量值，而大多數LED應用都工作于較高的結溫。當結溫Tj > 25℃時，光通量肯定比LED數據手冊給出的值有所降低。

LED數據手冊中有一個曲線，給出了相對光輸出與結溫的關系。對本CFL示例，其照明只是為屋頂通風的商業建筑設計的。本設計基于所列的設計目標，對光輸出、功效和使用壽命的優先次序進行了劃分。

XLamp XR-E LED額定為5萬小時后提供平均70%的流明維持率，結溫保持在80℃或以下。因此，CFL示例的最高合適結溫為80℃。對應的最小相對光通量為85%。這里85%相對光通量是對本例照明熱功效估計的值。

3、電氣損失

LED驅動電子設備將可用功率源(如墻體插座交流電或電池)轉換成穩定的電流源。這一過程與所有電源一樣，效率不會達到100%。驅動器中的電氣損失降低了總體照明效能，因為發熱浪費了輸入功率，而沒有用在發光上。在開始設計LED系統時，就應考慮到電氣損耗降低了總體擁有成本(TCO)。

全世界有200億以上的燈具使用白熾、鹵素或熒光燈。其中許多燈具用作方向照明，但都是采用在所有方向發光的燈。美國能源部(DOE)稱，在新住宅建筑里，嵌頂燈是安裝最普遍的照明燈。此外，DOE報告稱，采用非反射燈的嵌頂燈對于室內應用，驅動器效率87%的估值很好。室外用或非常長的使用壽命的驅動器，效率可能要低一些。

閱讀詳細指南，請訪問http://www.cree.com/products/pdf/LED_Luminaire_Design_Guide.pdf.