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西安科技大学高新学院LED室内集中照明设计ILED教室集中照明设计与应用姓名：专业:测控技术与仪器班级:0701学号:0702040102西安科技大学高新学院LED室内集中照明设计II目录0概述……………………………………………………………………………………………………11LED节能照明技术概况…………………………………………………………………………………21.1传统照明技术简介……………………………………………………………………………21.2LED照明发展简介……………………………………………………………………………31.3LED优点………………………………………………………………………………………32照明用LED主要技术特性……………………………………………………………………………42.1LED的电学特性………………………………………………………………………………42.2LED的光学特性………………………………………………………………………………52.3LED的节能程度………………………………………………………………………………62.4LED的散热方式………………………………………………………………………………63照明用白光LED技术…………………………………………………………………………………93.1白光LED技术原理……………………………………………………………………………103.2照明用白光LED技术要求……………………………………………………………………103.3白光LED驱动电路技术………………………………………………………………………123.3.1白光LED驱动器的要求及分类………………………………………………………123.3.2常见典型白光LED驱动电路…………………………………………………………133.4高效率白光LED技术发展…………………………………………………………………143.5照明用白光LED封装和散热问题…………………………………………………………153.5.1白光LED的封装技术…………………………………………………………………153.5.2散热问题及解决………………………………………………………………………164LED集中照明的应用…………………………………………………………………………………175结语……………………………………………………………………………………………………18参考文献………………………………………………………………………………………………18西安科技大学高新学院LED室内集中照明设计1LED概述LED是英文LightEmittingDiode的简称，是一种具有两个电极的半导体发光器件，让其流过小量电流就会发出可见光，第一个商用二极管产生于1960年。它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的支架上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以LED的抗震性能非常好。LED的构成●LED因其颜色不同,而其化学成份不同:●如红色：铝-铟-镓-磷化物●绿色和蓝色:铟-镓-氮化物●白色和其它色都是用RGB三基色按适当的比例混合而成的。（LED的制造过程类似于半导体,但加工的精度不如半导体,目前成本仍然较高）LED工作原理和结构图LED是英文lightemittingdiode的缩写，即：光线激发二极管，属于一种半导体元器件。发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片，在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层，称为p-n结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。打个比方，LED就像一个汉堡，可以发光的材料是夹层中的“肉饼”，而上下的电极就是夹肉的面包。而通过对其中发光材料的研究，人们逐渐开发出各种光色、光效率越来越高的LED元件，但是无论怎么变化，LED总的发光原理和结构都没有发生太大的变化LED的优点:●10万小时超长寿命；●可组成各种颜色(如RGB等)●驱动相对简单(无需触发电压)●节能，效率比白灯高,并有进一步提高的潜力.●体积小,灯具设计灵活.●响应时间短；●环保：无有害金属汞。●低压，安全性高西安科技大学高新学院LED室内集中照明设计2LED目前在照明行业中的主要应用范围：●建筑物外观照明●娱乐场所及舞台照明●室内空间展示照明●道路、景观照明●标识与指示性照明●交通信号灯、视频屏幕市面上常见的LED灯具有如下：LED地埋灯、LED水底灯、LED草坪灯、LED轮廓灯、LED彩虹管、LED灯杯、LED投光灯、LED射灯、LED地砖灯、LED墙壁灯、LED球泡等。随着LED光效的提高的、关键技术的不断完善和优化，目前有多家企业推出了太阳能和大功率LED相结合的太阳能半导体路灯。常见LED的分类1.按发光管发光颜色分成红色、橙色、绿色（又细分黄绿、标准绿和纯绿）、蓝光等。另外，有的发光二极管中包含二种或三种颜色的芯片。根据发光二极管出光处掺或不掺散射剂、有色还是无色，上述各种颜色的发光二极管还可分成有色透明、无色透明、有色散射和无色散射四种类型。散射型发光二极管不适合做指示灯用。2.按发光管出光面特征分为圆灯、方灯、矩形、面发光管、侧向管、表面安装用微型管等。圆形灯按直径分为φ2mm、φ4.4mm、φ5mm、φ8mm、φ10mm及φ20mm等。国外通常把φ3mm的发光二极管记作T-1；把φ5mm的记作T-1（3/4）；把φ4.4mm的记作T-1（1/4）[6-8]。由半值角大小可以估计圆形发光强度角分布情况。从发光强度角分布图来分有三类：1)高指向性。一般为尖头环氧封装，或是带金属反射腔封装，且不加散射剂。半值角为5°～20°或更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或与光检出器联用以组成自动检测系统。2)标准型。通常作指示灯用，其半值角为20°～45°。3)散射型。这是视角较大的指示灯，半值角为45°～90°或更大，散射剂的量较大。3.按发光二极管的结构分有全环氧包封、金属底座环氧封装、陶瓷底座环氧封装及玻璃封装等结构。4.按发光强度和工作电流分有普通亮度的LED（发光强度小于10mcd）；超高亮度的LED（发光强度大于100mcd）；把发光强度在10～100mcd间的叫高亮度发光二极管。一般LED的工作电流在十几mA至几十mA，而低电流LED的工作电流在2mA以下（亮度与普通发光管相同）。1LED节能照明技术概况随着人类文明的进步，照明技术也在迅速发展。早期人类用的是植物油产生光，1976年白炽灯问世，它以碳棒作为灯丝，是照明技术的巨大改进，1938年发明的日光灯可以减少热的损失，节省能源的消耗，这又是一个大进步，后来紧凑型日光灯的开发使其应用更为普遍，同时高压气体放电灯如水银灯、金属卤素灯及钠灯等的发明可在室外实现照明，满足了各方面的需要。目前有21%的电源用于照明，如果能在固体照明领域节省一半的能源，则会对人类的节约能源作出巨大的贡献。1.1传统照明技术简介在19世纪爱迪生发明电灯之前，人类实现照明的方式非常简单，那就是直接借助各种火源的直射光，例如蜡烛、油灯等等。这些发光设备虽然在人类的历史长河中点燃了漫漫岁月，却因为极低的发光效率和发光质量，只能尘封在历史的博物馆中，进入20世纪后，随着人类新工业革命的爆发，以爱迪生发明的新式白炽灯为代表的照明设备，正式成为人类生产生活中的主流发光设备。西安科技大学高新学院LED室内集中照明设计3人类社会的电力照明设备大致有这几个重要的发展成果：①白炽灯，主要以钨丝作灯丝因为钨有高熔点及低蒸发率。白炽灯的大部分辐射光是红外线，所以120V白炽灯的照明效率在2400K时约为8lm/W，一般100W白炽灯只有7%的电功率转变为可见光。②钨丝卤素灯，为减少钨丝蒸发率以增加其寿命及工作温度，在灯泡中添加卤素气体作成的钨丝卤素灯也较为流行。一般钨丝卤素灯均在高温工作，灯泡也较小，用的是比较坚硬的玻璃壳，其寿命比钨丝白炽灯要高两倍。③日光灯，一般日光灯用低压放电可以产生11000-13000K的高温，目前日光灯可以用的材料有汞即水银和钠，汞灯释放紫外线故多用于一般日光灯，灯管涂上荧光分以产生白光。④低压钠灯，用钠代替汞可以得到含有589nm及589.6nm的黄光但是钠熔点比汞熔点高，也比汞活泼，要用抗钠玻璃。大部分应用在街道级公路上。⑤高压汞灯，高压汞灯的一般功率变成热，所以效率不高，但是温度稳定性极佳，大部分应用在街道照明及商用建筑的照明。⑥高压钠灯，可以产生50-1000W功率，演色性差不适合用于室内照明。⑦金属卤化物灯，是在高压汞灯中加入了其它金属，这样可以改进发光效率及演色性。1.2LED照明发展简介LED即LightEmittingDiode（发光二极管）的缩写。即：光线激发二极管，属于一种半导体元器件。发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片，在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层，称为p-n结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。现在照明光源已逐渐由白炽灯发展为日光灯，而以后的希望，就将是白光LED。LED技术可以应用在普通照明、背光照明、道路交通、招牌和显示屏、农业、渔业、医学以及通信等领域[1]。应用半导体PN结发光源原理制成LED问世于20世纪60年代初，1964年首先出现红色发光二极管，之后出现黄色LED。直到1994年蓝色、绿色LED才研制成功。1996年成功开发出白色LED。LED以其固有的特点，广泛应用于指示灯、信号灯、显示屏、景观照明等领域，在我们的日常生活中处处可见，家用电器、电话机、仪表板照明、汽车防雾灯、交通信号灯等。但由于其亮度差、价格昂贵等条件的限制，无法作为通用光源大面积推广。近几年来，随着人们对半导体发光材料研究的不断深入，LED制造工艺的不断进步和新材料（氮化物晶体和荧光粉）的开发和应用，各种颜色的超高亮度LED取得了突破性进展，其发光效率提高了近1000倍，色度方面已实现了可见光波段的所有颜色，其中最重要的是超高亮度白光LED的出现，使LED应用领域跨越至高效率照明光源市场成为可能。高亮度LED将是人类继爱迪生发明白炽灯泡后，最伟大的发明之一。LED照明的变革将扩展人们的照明观念，更加体现节能化、健康化、艺术化和人性化的发展趋势[2]。1.3LED优点（1）发光效率高。LED经过几十年的技术改良，其发光效率有了较大的提升。目前，世界各国均加紧提高LED光效方面的研究，在不远的将来其发光效率将有更大的提高。（2）耗电量少，LED单管功率0.03-0.06瓦，采用直流驱动，单管驱动电压1.5-3.5伏，电流15-18毫安，反应速度快，可在高频操作。（3）使用寿命长，采用电子光场辐射发光，灯丝发光易烧、热沉积、光衰减等缺点。而采用LED灯体积小、重量轻，环氧树脂封装，可承受高强度机械冲击和震动，不易破碎。平均寿命达10万小时。（4）安全可靠性强，发热量低，无热辐射，冷光源，可以安全抵摸：能精确控制光型及发光角度，光色柔和，无眩光；不含汞、钠元素等可能危害健康的物质。（5）有利于环保，LED为全固体发光体，耐震、耐冲击不易破碎，废弃物可回收，没有污染。光源体积小，可以随意组合，易开发成轻便薄短小型照明产品，也便于安装和维护。LED照明灯具在近期得到飞跃的发展，LED作为绿色环保的清洁光源得到广泛的认可。LED光源使用寿命长、节能省电、应用简单方便、使用成本低，因而在家庭照明都将得到海量的应用，欧司朗光学半导体