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。
步驟四:計算需要的LED數量
1、實際需要的流明量
所有系統效率估算好之后,就可計算要達到設計目標需要的實際LED流明數。對本計算,只使用光效率(光學和熱)。電氣效率只影響總功耗和燈具效能,而不影響照明的光輸出量。
示例照明“需要的實際流明”的計算如下:
所需的實際流明
= 目標流明 / (光學效率×熱效率)
= 810 / (91%×85%)
= 1,050lm
2、工作電流
另一個需要確定的是LED的工作電流。工作電流在確定LED照明的效能和使用壽命時很重要。增加工作電流,則各LED的光輸出會變大,因而減少了所需的LED數量。不過,增加工作電流同時也帶來多個缺點。根據應用的不同,考慮到每個LED流明輸出值更高,這些缺點也許可以接受。
在示例照明中,使用壽命和功效是最應優先考慮的設計目標,本照明以XLamp XR-E數據手冊所列的最小工作電流(350mA)工作,以最大限度提高LED功效并延長使用壽命。
3、LED數量
工作電流確定之后,就可以計算各LED的流明輸出數了。由于LED的熱損失已經在實際需要的流明數計算中考慮到了,故LED 供應商文檔給出的數量可以直接使用。對本計算,使用LED訂單代碼所列的最小通量,而不是使用數據手冊給出的典型數量。
大多數LED公司根據最小通量范圍銷售。根據此最小數來設計,就可以確保用該LED訂單代碼制作的所有照明都能滿足目標要求。本例中的照明使用4000K CCT的XLamp XR-E LED,350mA時的最小光通量為67.2 (P2 flux bin)。LED的數量計算如下:
LED的數量
= 實際所需的流明數 / 每個LED的流明數
=1,050lm / 67.2lm
= 16個LED
閱讀詳細指南,請訪問http://www.cree.com/products/pdf/LED_Luminaire_Design_Guide.pdf.