一種led燈具設(shè)計(jì)方法
【專利摘要】本專利公開(kāi)了一種LED燈具設(shè)計(jì)方法，主要特征在于從LED芯片光通量隨結(jié)溫、正向工作電流的擬合關(guān)系出發(fā)，結(jié)合LED燈具的光學(xué)效率、電學(xué)效率，通過(guò)調(diào)整LED芯片的數(shù)量與正向工作電流，使得LED燈具的輸出總光通量及總功率滿足設(shè)定的目標(biāo)，從而獲得LED燈具設(shè)計(jì)方案?？梢酝ㄟ^(guò)多次循環(huán)計(jì)算，得到不同的LED燈具設(shè)計(jì)方案，進(jìn)而進(jìn)行LED芯片之間的比較，選擇最佳方案。
【專利說(shuō)明】
一種LED燈具設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于LED技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種LED燈具設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著LED技術(shù)成熟、成本下降、光色性能提升，LED燈具逐漸成取代傳統(tǒng)光源，成為 照明的首選。尤其在辦公照明、超市照明、停車場(chǎng)照明等領(lǐng)域，LED以其在節(jié)能、壽命上的突 出優(yōu)勢(shì)，所占的市場(chǎng)份額逐年提升。
[0003] 然而，由于影響LED燈具光通量的因素非常多，溫度、驅(qū)動(dòng)器功率、燈具的光學(xué)效 率、材料的特性等等，都會(huì)影響最后LED燈具輸出的光通量。因此，對(duì)于一款LED產(chǎn)品，如何選 擇合適的LED芯片產(chǎn)品，如何確定LED芯片數(shù)量、驅(qū)動(dòng)功率等，都具有一定的難度。
[0004] 對(duì)于一顆特定的LED芯片，由于其本身是非線性器件，其光通量與正向電流（If)、 結(jié)溫(T〇成非線性關(guān)系?？傮w上，LED發(fā)光的光通量隨正向電流的增大而增大，正向電流越 大，其變化的斜率越小。LED發(fā)光的光通量隨溫度的升高而減小。LED芯片的發(fā)光光通量隨結(jié) 溫⑴)和正向電流(I f)的變化特性可用如下公式進(jìn)行擬合：
[0011] 在LED燈具設(shè)計(jì)時(shí)，為了獲得最高的光效或最小能耗，LED芯片通常不是在額定功 率點(diǎn)上工作，其工作電流通常會(huì)偏離額定電流。此時(shí)，LED芯片發(fā)光的光通量就可以根據(jù)上 述擬合公式計(jì)算得到。根據(jù)LED燈具設(shè)計(jì)的目標(biāo)光通量、功率范圍，通過(guò)調(diào)整LED的正向工作 電流(If)和LED芯片的數(shù)量，可設(shè)計(jì)得到目標(biāo)LED燈具設(shè)計(jì)方案。
[0012] 本專利提出了一種LED燈具的設(shè)計(jì)方法，其主要特點(diǎn)在于通過(guò)取點(diǎn)及擬合，獲得 LED芯片的光通量隨結(jié)溫(L)和正向電流(If)的變化關(guān)系。以LED燈具采用的光學(xué)結(jié)構(gòu)、光學(xué) 材料特性、驅(qū)動(dòng)器功率為已知參數(shù)，通過(guò)調(diào)整正向電流（If)和LED芯片的數(shù)量，使得整燈輸 出光通量及整燈功率滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)，獲得LED燈具的設(shè)計(jì)方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 本發(fā)明的目的在于提出一種LED燈具的設(shè)計(jì)方法。本發(fā)明基于LED芯片的光通量與 結(jié)溫(L)和正向電流(If)中間的變化關(guān)系，以LED燈具采用的光學(xué)結(jié)構(gòu)、光學(xué)材料特性、驅(qū)動(dòng) 器功率為已知參數(shù)，通過(guò)調(diào)整正向電流（I f)和LED芯片數(shù)量的取值，使得LED燈具的整燈輸 出光通量及整燈功率滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)。
[0014] 本發(fā)明提出的LED燈具的設(shè)計(jì)方法主要通過(guò)計(jì)算機(jī)計(jì)算得到，其具體步驟如下：
[0015] 步驟一:確定LED燈具所要達(dá)到的目標(biāo)光通量、總功率上限，作為后面計(jì)算的目標(biāo)， 并確定LED燈具采用的光學(xué)結(jié)構(gòu)、光學(xué)材料特性、驅(qū)動(dòng)電源特性等邊界屬性，作為后面計(jì)算 的固定量；
[0016] 步驟二：以LED芯片的數(shù)據(jù)手冊(cè)出發(fā)，根據(jù)光通量9與結(jié)溫L及正向電流If的有限 個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，擬合得到LED芯片的光通量（(p)隨結(jié)溫⑴)和正向電流(I f)的變化關(guān)系；
[0017]步驟三:根據(jù)步驟一中確定的LED燈具所要達(dá)到的目標(biāo)光通量，結(jié)合LED芯片的額 定光通量，計(jì)算得到所需要的LED芯片數(shù)量初始值N=目標(biāo)總光通量/(LED額定光通量*光學(xué) 器件的光效），向上取整，其中光學(xué)器件的光效根據(jù)步驟一中確定的LED燈具采用光學(xué)結(jié)構(gòu)、 光學(xué)材料特性而定；
[0018] 步驟四：比較此時(shí)LED燈具的總功率(N*單顆LED芯片的功率/驅(qū)動(dòng)電源效率)是否 滿足功率要求，其中驅(qū)動(dòng)電源效率根據(jù)驅(qū)動(dòng)電源特性而定，如果LED燈具的總功率小于總功 率上限值，符合要求，得到工作電流（If)和應(yīng)采用的LED芯片顆數(shù)(N)，如果LED燈具的總功 率大于總功率上限值，則不滿足要求，進(jìn)入下一步驟；
[0019] 步驟五:增加LED芯片數(shù)量(N增加1或更多），LED燈具輸出光通量超過(guò)步驟一中設(shè) 定的目標(biāo)值，同時(shí)，降低正向工作電流If，使得LED燈具輸出光通量降低，直至與燈具目標(biāo)光 通量相同，查看此時(shí)LED燈具的總功率是否比步驟四中計(jì)算得到的總功率值小:如果比步驟 四中的總功率值小，再查看此時(shí)LED燈具的總功率是否比步驟一中確定的目標(biāo)功率低，如果 比目標(biāo)功率低，則滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)，輸出結(jié)果;如果LED燈具的總功率仍然大于目標(biāo)功率值，再 重復(fù)本步驟中的內(nèi)容，增加LED芯片數(shù)量，降低正向工作電流If，知道LED燈具的總功率值小 于總功率上限;如果LED燈具總功率比步驟四中的總功率大，則進(jìn)入步驟六；
[0020] 步驟六:減少LED芯片數(shù)量(N減少1或更多），LED燈具輸出光通量會(huì)降低，低于步驟 一中設(shè)定的目標(biāo)值，同時(shí)增大LED芯片的正向工作電流If，LED燈具的輸出總光通量隨著工 作電流的增大而提高，直到它等于或略高于目標(biāo)總光通量，查看此時(shí)LED燈具的總功率是否 比總功率上限值小：如果滿足，則優(yōu)化完成，輸出優(yōu)化結(jié)果，如果還是大于總功率上限值，則 再重復(fù)本步驟，減少LED芯片數(shù)量，增大LED芯片的正向工作電流If，直到燈具的總功率值小 于總功率上限；
[0021] 步驟七:若通過(guò)上述六個(gè)步驟，得到了 LED燈具輸出總光通量等于或高于步驟一中 確定的目標(biāo)總光通量，而LED燈具的總功率小于步驟一中確定的目標(biāo)總功率，此方案(LED芯 片、芯片數(shù)量、工作電流)作為L(zhǎng)ED燈具設(shè)計(jì)方案輸出；若通過(guò)上述六個(gè)步驟，還是無(wú)法獲得 滿足要求的方案，則此款LED芯片不適用與本LED燈具。
[0022] LED燈具設(shè)計(jì)方法，目前還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)類似擬合及優(yōu)化方法。與普通的LED芯片選擇 方法相比，通過(guò)擬合LED芯片的光通量（cp)隨結(jié)溫(TJ和正向電流（If)的變化關(guān)系，并結(jié)合 LED燈具光學(xué)特性、驅(qū)動(dòng)特性、環(huán)境溫度等參數(shù)進(jìn)行循環(huán)計(jì)算，獲得可靠的LED燈具設(shè)計(jì)方 案，使得LED燈具設(shè)計(jì)更加方便、準(zhǔn)確，降低LED燈具設(shè)計(jì)周期與設(shè)計(jì)成本。
【附圖說(shuō)明】
[0023] 此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，并不 構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定，在附圖中：
[0024] 圖1是本發(fā)明中所述的LED芯片光通量與正向電流所成的非線性關(guān)系示意圖；
[0025] 圖2是本發(fā)明中所述的流程示意圖。
[0026]圖3是本發(fā)明中所述的MJT5630芯片的光通量與正向電流的關(guān)系圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)說(shuō)明，在此本發(fā)明的示意圖以及說(shuō)明用來(lái)解釋本發(fā) 明，但并不作為對(duì)本發(fā)明的限定。在閱讀了本發(fā)明說(shuō)明的方法后，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行改動(dòng)，這些 等價(jià)形式同樣在本權(quán)利要求書所限定的范圍之內(nèi)。
[0028] 以SEOUL SEMICONDUCTOR首爾半導(dǎo)體型號(hào)為MJT5630的LED芯片為應(yīng)用實(shí)例對(duì)本發(fā) 明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。本李忠 LED燈具設(shè)計(jì)方法主要通過(guò)循環(huán)計(jì)算得到，具體流 程如圖2所不。
[0029] SEOUL SEMICONDUCTOR首爾半導(dǎo)體型號(hào)為MJT5630的LED芯片的光通量與正向電流 If的關(guān)系圖如圖3所不。
[0030] 根據(jù)SEOUL SEMICONDUCTOR首爾半導(dǎo)體提供的LED芯片的數(shù)據(jù)手冊(cè)，可擬合得到 MJT5630LED芯片光通量與正向電流If的關(guān)系式，其各項(xiàng)參數(shù)的擬合值如表1所示。
[0031] 表1:各光源的生理周期影響因子acv值
[0033 ]根據(jù)表1中的擬合值，結(jié)合LED芯片發(fā)光光通量隨結(jié)溫(T j)和正向電流（I f)的擬合 公式，即可計(jì)算得到某工作電流下，LED芯片的發(fā)光光通量。
[0034]在本例中，LED燈具的目標(biāo)總光通量為35001m，總功率目標(biāo)為27W。燈具的光學(xué)效率 設(shè)置為0.85,驅(qū)動(dòng)效率為0.92,環(huán)境溫度35°C。根據(jù)本專利所述的擇優(yōu)方法，可以得到結(jié)果 為：
[0035] 正向工作電壓If:74mA;
[0036] LED芯片數(shù)量N: 56顆；
[0037] 燈具輸出總光通量：35inm;
[0038] 燈具總功率：26.9W;
[0039] 燈具發(fā)光效率：130.71m/W。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種L邸燈具設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括w下步驟： 1) 確定L邸燈具的總光通量目標(biāo)及總功率目標(biāo)； 2) 通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘、擬合，得到LED忍片的光通量(φ)隨結(jié)溫化)和正向電流(If)的變化關(guān) 系； 3) 根據(jù)LED忍片的額定功率，結(jié)合LED燈具的光學(xué)效率、電學(xué)效率，估算需要使用的LED 忍片數(shù)量； 4) 通過(guò)循環(huán)計(jì)算，得到L抓燈具輸出總光通量滿足目標(biāo)、L抓燈具總功率滿足目標(biāo)的情 況下，所需L邸忍片的數(shù)量、工作電流； 5) 若循環(huán)計(jì)算得到滿足要求的結(jié)果，則輸出優(yōu)化結(jié)果(正向工作電流及Lm)忍片數(shù)量）， 反之，在此條件下無(wú)解決方案。2. 如權(quán)利要求1所述的Lm)燈具設(shè)計(jì)方法，其特征在于，用擬合公式表達(dá)Lm)忍片光通量 與正向工作電流之間的關(guān)系，方便后面的優(yōu)化、計(jì)算。3. 如權(quán)利要求1所述的Lm)燈具設(shè)計(jì)方法，其特征在于，通過(guò)循環(huán)計(jì)算，尋找Lm)忍片數(shù) 量和工作電流的理想組合，使得L邸燈具的總光通量及總功率滿足要求。4. 如權(quán)利要求1所述L抓燈具設(shè)計(jì)方法，其特征在于，L抓忍片光通量與溫度及正向工作 電流之間的擬合關(guān)系，可通過(guò)數(shù)據(jù)手冊(cè)提取得到，也可W通過(guò)L邸忍片樣件檢測(cè)得到。5. 如權(quán)利要求1所述的L邸燈具設(shè)計(jì)方法，其特征在于，可W通過(guò)多次循環(huán)計(jì)算，得到不 同的L邸燈具設(shè)計(jì)方案，進(jìn)而進(jìn)行L邸忍片之間的比較，選擇最佳方案。
【文檔編號(hào)】F21Y115/10GK105840997SQ201610251619
【公開(kāi)日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年4月21日
【發(fā)明人】王淵
【申請(qǐng)人】予眾信息科技（上海）有限公司