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LED灯照明设计与测试方法第1页共28页顺德职业技术学院SHUNDEPOLYTECHNIC毕业论文题目：LED灯照明设计与测试方法系（院）：电子与信息工程系专业：应用电子技术班级：09应用电子学生姓名：梁永昌学制：3年学号：09130349指导教师：李凡阳专业负责人刘文彬起止时间：2012年03月—2012年06月LED灯照明设计与测试方法第2页共28页顺德职业技术学院毕业论文任务书（学生任务书-----由指导教师填写）电子与信息工程系应用电子技术专业（一）班梁永昌同学：一、毕业论文课题LED灯照明设计与测试方法二、毕业论文内容和目标介绍LED（发光二极管）的历史和它在未来的作用，LED灯具的外形设计，电源电路的设计和LED灯具设计后的测试等目标是让人们了解LED灯的优点、它的设计方法和设计时注意的地方。三、参考资料《电子元件与材料》《深入浅出电源技术一环球电源讲义》邱关源.原著罗先觉.修订《电路》第五版高等教育出版社《LED驱动电路设计与应用》人民邮电出版社四、毕业论文课题时间：2012年4月15日至2012年5月18日五、进度安排：周次工作内容预定目标及检查方式第一周了解LED的历史从LED的出现到未来对社会的影响----上网搜索和查书第二到三周找LED灯具设计的方法元器件的选取和设计应注意的问题----问工程师和查工厂里面的资料第四周整理内容把论文的基本资料整理好-----电脑操作第五周论文排版把论文排版准备上交-----电脑操作六、备注：1、本任务书一式三份，系、指导教师和学生各执一份；2、学生须将此任务书按装订要求进行装订。指导教师：系主任：LED灯照明设计与测试方法第3页共28页目录目录……………………………………………………………………………………………3摘要……………………………………………………………………………………………4第一章引言…………………………………………………………………………………6第二章LED灯模块和电路系统的设计…………………………………………………...8第一节LED灯模块的设计……………………………………………………...82.1.1外形设计…………………………………………………………………..72.1.2LED灯珠的选用…………………………………………………………..82.1.3设计时要注意的地方……………………………………………………13第二节电路系统…………………………………………………………………142.2.1组成电源模块的元器件………………………………………………...142.2.2电源板的线路…………………………………………………………..18第三章安装与测试…………..……………………………………………………………203.1材料选择………………………………………………………………..….…203.2安装…………………………………………………………………………...213.3测试……………………………………………………………………...……22总结…………………………………………………………………………………………..25参考文献……………………………………………………………………………………..26LED灯照明设计与测试方法第4页共28页摘要【摘要】随着科学技术和社会的进步，LED光源越来越广泛的得到人们的青睐，用它做矿灯的光源，可以提高矿灯的安全可靠性，减少工人的维修工作量，延长工作时间。本文将介绍目前矿灯的现状以及问题，LED矿灯是传统矿灯的最佳替代产品。采用自主封装的大功率LED设计了一种LED矿灯，包括光源的封装，反光杯的设计，电源与电路等。利用有限元软件进行封装热模拟分析，利用光学分析软件进行光学特性的仿真，结果表明这种矿灯能够满足矿井的使用要求。【关键字】矿灯；LED；热分析；光学特性；仿真LED灯照明设计与测试方法第5页共28页Abstract[Abstract]withthedevelopmentofscienceandtechnologyandsocialprogress,thefixturealsograduallychangedfromlight,highpowerconsumption,lowrateofincandescentlamptolowpowerconsumption,highlightbutshortlifeofthefluorescentlamp,fromcheap,lowenergyconsumption,highlightenergysavinglamptolightcolorscanbethrougharemotecontroltochange,lamplifeislonger,smallervolume,inthenextfewdecadesall-powerful-LEDlamp,LEDlamphaslongservicelife,lowpowerconsumption,fastresponsetime,smallvolume,lightweight,resistancetofight,adjustablelight,color,environmentalprotectionandotheradvantages.ButthedesignofLEDlampsalsoneedtopayattentiontomethod.[Keywords]LED,designLED灯照明设计与测试方法第6页共28页第一章引言矿灯是煤矿工人必备的井下照明灯具，属特殊型防爆产品，其安全性能和质量与煤矿安全生产息息相关“】。为了提高矿灯的安全性能，防止因矿灯性能问题引发的瓦斯事故，我国已正式颁布了矿灯国家标准《矿灯安全性能通用要求》(GB7957—2003)，自2006年4月1日起，所有煤矿必须全部换用新型矿灯。因此，研究开发技术先进、具有多重功能、安全可靠的新型矿灯势在必行。发光二极管(LED)由于具有一系列的优点而成为新一代矿灯的首选光源。LED矿灯是一种煤矿井下作业矿工使用的新型防爆矿灯，采用先进的LED冷光源，利用锂离子电池供电。该矿灯可用于煤矿工人井下照明使用，还可用于抢险救灾等特殊场合，具有安全可靠，维护简便，节能等优点。本文提出了一种新型的LED锂电矿灯设计方案，2矿灯应用现状我国矿灯的发展始于上个世纪60年代初，当时我国自主开发研制了以铅酸蓄电池和锡镍蓄电池为电源的KS和l(J系列矿灯产品。这些矿灯一直承续了几十年，虽然经过不断改进，但在电源形式、光源、结构、功能等方面并没有多大的变化。通过对瓦斯爆炸矿难事故的调查和统计得出，有相当部分的矿难是由矿工随身携带使用的矿灯引起的，现有矿灯本身存在的缺陷、矿灯生产中的质量问题、矿工的素质等诸多因素成为导致我国煤矿频发矿难事故的重要因素之一。国外先进矿灯主要有如下特点：采用双光源，一个光源烧坏后，可用辅助光源照明；采用阻燃耐脂肪酸电缆和防静电塑料外壳；灯头和蓄电池部分达到IP54防护等级，可防水和粉尘；矿灯强度和耐冲击性好；外部紧固闭锁装置一般采用铅封或锡焊，可防止随意拆卸矿灯；蓄电池容量大，可保证点灯时间达16h。3LED矿灯的设计一个完整的LED矿灯包括以下几个部分：灯座、灯盖、防水密封圈、防爆平面镜、反光杯、白光LED、辅助白光LED、电路板以及防静电绝缘垫等。设计中主要需考虑光学性能、电性能、热性能和寿命可靠性等几方面的参数。国标中规定”-，矿灯的额定电压不大于6V，额定电流不大于1．5A，额定功率不大LED灯照明设计与测试方法第7页共28页于6W，蓄电池点灯时间不小于11h，每个灯头内至少具有两个光源，删除了对光源照度的要求。光源的封装LED光源是新型电光源，功耗小，发光效率高，其光效可达601m／W(矿灯用白炽灯泡光效91m／W左右)，理论寿命大于10万h，正常工作时温度很低，属于冷光源。通过LED封装工艺，建立新型封装结构，优化设计散热材料以及散热结构，通过合理的光学设计，封装出大功率高亮度的LED，以应用于矿灯中。采用Cree公司生产的功率型LED芯片，配合YAG荧光粉，芯片通过金线与电极焊接起来，并用硅胶封装，光的透过率约为99％，几乎不会吸收紫外线，这样可以抑止树脂老化。采用高热导率的铝基板作为散热板，并且兼具电路板的作用。矿灯采用LED冷光源，可使灯头达到本质安全性能，而且在矿灯使用寿命期内不需要更换光源。图1为大功率LED剖面结构图。图1LED剖面结构图l—金线；2—热沉；3--电极；4—透镜；5一硅胶；6一芯片：7一基板尽管LED属冷光源，但长时间工作仍会产生大量的热，特别对于大功率LED更是如此，故采用高热导率的铝基板作为散热板，LED光源焊接在基板上，通过被动散热将LED工作时产生的热量有效快速的散发出去。也可以将散热片做成灯座的一部分，其散热片直接裸露在灯头的外面，与外界空气直接接触，具有更好的散热效果，但必须保证灯头的密封性，且外部金属件之间不允许有电位差.反光杯的设计通过安装旋转抛物面反光杯使发出的光线准直聚焦。二次光学设计所采用的LED灯照明设计与测试方法第8页共28页模型通过微加工而成，其形状可以控制LED器件的发散角度，把光源出射的光导向所要的工作空间。主光源大功率发光极管聚光性强，旁边接3个5mm的小功率LED作为辅光源。图2为所设计矿灯的三维模型，为了便于进行光线仿真，没有画出辅灯。反光杯的内表面在高真空度条件下蒸镀Al膜，用于提高光的反射率，LED放置在杯底中央，并固定于电路板上。钱可元”1等设计了一种全内反射透镜，这种透镜工艺简单，减少了反射界面的损耗，提高了光效，取得了良好的效果。图2矿灯三维模型图第二章LED模块设计和电路系统第一节LED灯模块设计2.1.1外形设计灯具能不能吸引消费者，灯具的外形至关重要。对于消费者来说第一印象是最重要的，一个产品它的外观特别、新奇，这样会让消费者的好感倍增。LED灯照明设计与测试方法第9页共28页外形的设计你首先考虑的是它的用途和用的地方。它是用来做路灯呢？还是用来做室内照明。这可很重要的，以为两者所用的材料差距很大的，路灯注重的是大功率亮度要高，还要防水、防晒、防尘、抗老化能力强。而室内照明注重的是外形、功能和色彩。设计灯具外形还要考虑所用的材料，如何能在节约成本的情况下设计出性价比较高的灯具。图2-1LED灯外形设计例如：你设计大功率的探照灯图2-2大功率探照灯作为探照灯它工作的环境是户外的，所以防水、防尘等自然因素的影响是首要解决的问题。接着是因为是探照灯所以功率一定要够大，亮度要够高才能在漆黑的夜晚起到相应的作LED灯照明设计与测试方法第10页共28页用，所以灯珠会选用大功率的灯珠，大功率的灯珠发热量是非常大的，所以还要考虑它的散热问题。最后就考虑成本了，控制成本对厂家来说是最主要的问题，成本能控制得当，赚的钱就越多。2.1.2LED灯珠的选用发光二极管简介：发光二极管（LED）是一种电致发光的光电器件。早在1907年开始，人们就发现某些半导体材料制成的二极管在正向导通时有发光的物理现象，但生产出有一定发光率的红光LED已是1969年了。到今天，LED已生产了30多年，回顾过去，它已茁壮成长。各种类型的LED、利用LED作第二次开发的产品及与LED配套的产品（如白光LED驱动器）发展迅速，新产品不断上市，已发展成不少新型产业。LED发展历史已经几十年，但在照明领域的应用还是新技术。随着LED技术的迅猛发展，其发光效率的逐步提高，LED的应用市场将更加广泛，特别在全球能源短缺的忧虑再度升高的背景下，LED在照明市场的前景更备受全球瞩目，被业界认为在未来10年成为最被看好的市场以及最大的市场将是取代白炽灯、钨丝灯和荧光灯的最大商品。展望将来还期望更进一步地提高早期LED主要用于做指示灯。它的发光强度不高，一般小于1mcd，高的也仅几个mcd；另外，发光效率也不高，一般小于0.21m/w，其功率仅几十mw到上百个mw（属于小功率LED）。本文就从发光强度提高说起。发光二极管的结构：LE