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LED照明技术手册引言：随着科技的不断发展，LED（发光二极管）照明技术也越来越成熟。
相比传统的光源，在能源消耗上更加节约，并且在发光效率上更加优异，还具有宽波长范围，长寿命等多种优点。
它不仅广泛应用于家居照明领域，也被用于制造商业和工业灯具，以及路灯等户外场合。
本技术手册将向您介绍基本的LED照明知识，以及如何设计，实现和维护LED照明系统。
一、LED的基本原理LED是一个基于半导体材料的光源。
在LED中，电子通过半导体材料，与固定的质子和电子结合，从而产生光。
这种半导体结构被称为p-n结。
当电流通过p-n结时，光子被激活并被释放出来，从而形成发光的现象。
与传统的光源不同，在LED中，电流的方向也决定了光线的方向，这是由于p-n结的结构和内部反射的性质引起的。
二、LED的优势1. 能效高：LED的电效率比传统的白炽灯高很多，这意味着它们可以在相同功率的情况下提供更亮的光。
2. 长寿命：传统的白炽灯约为1000个小时，LED的寿命可以达到50,000到100,000个小时以上，这远远超过了传统的光源。
3. 节能：LED能够以更低的功率提供相同的光照度。
相比于传统的光源，使用LED可以使能源消耗降低约50%以上。
4. 环保：LED不含有像汞这样的有毒物质，相比传统的荧光灯和白炽灯更加环保。
三、如何设计一个LED照明系统设计一个LED照明系统需要考虑很多因素，如亮度，场合，花费等等。
下面将详细介绍如何规划一个成功的LED照明系统：1. 照明需求分析：第一步是理解您的照明需求。
考虑照明的场合，例如房间，办公室，酒店，商店，路灯，广告牌等等。
需要考虑照明工作时间，照明强度要求，控制系统等因素的需求。
2. 照明设计：选择适合的LED光源根据场合选择适合的LED光源进行照明设计。
例如，白色LED以及RGB LED是最常用的光源。
应选择适当的LED颜色和亮度以满足您的需求。
3. 灯具设计：根据您的照明需求设计灯具。
I目录中文摘要ABSTRACT第一章引言1.1选题的背景和意义 (1)1.2国内外光伏发电发展现状......................1.2.1世界光伏产业的新进展及应用特点..............1.2.2我国光伏产业发展现状........................1.3光伏电源具有以下优势......................1.4新一代照明光源-白光LED......................1.5论文的研究目的和意义......................第二章太阳能LED照明系统的总体设计...................2.1太阳能LED照明系统的基本结构...................2.2控制器的整体结构第三章太阳能电池板3.1太阳能的工作原理和特性3.1.1太阳能电池的基本原理3.1.2太阳能电池的特性曲线3.2太阳能电池的最大功率跟踪3.2.1最大功率点跟踪原理3.3本系统采用的MPPT控制方式3.3.1功率比较法3.3.1.1功率比较法原理3.3.1.2功率比较法的算法设计3.4本章小结第四章主体电路的设计4.1整体电路设计4.1.1电源电路设计4.1.2 LED驱动电路4.2单片机的算法实现4.3 DC/DC变换器式 (25)4.3本系统采用的MPPT控制方式 (29)4.3.1功率比较法 (29)4.3.2最大功率的模糊控制 (32)4.4本章小结 (33)第五章太阳能LED照明系统光源优化的研究 (34)5.1超高亮白光LED的原理和特性 (34)5.1.1发光原理 (34)5.1.2工作特性 (34)5.2 LED照明系统光源亮度的提高方案 (35)5.2.1光度量参数及其测量方法 (35)5.2.2主要技术改进 (36)5.2.3 LED的布板 (37)5.3 LED照明光源散热问题的研究 (37)5.3.1半导体制冷的工作原理 (38)5.3.2半导体制冷的散热效果 (39)5.3.3半导体制冷的设计 (40)5.4本章小结 (40)六章结束语 (41)6.1本文所做的工作及得到的结论........................................................41有待于进一步研究的问题. (41)考文献 (43)谢 (46)录 (47)学期间发表的学术论文和参加的科研情况 (52)第一章引言1.1选题的背景和意义在世界能源短缺,环境污染日益严重的今天,充分开发并利用太阳能是世界各国政府可持续发展的能源战略决策。
重庆广电新闻中心演播室灯光系统设计说明第一部分灯光系统说明概述在全球都在倡导节能减排的今天，我国政府向全世界郑重承诺到2020年单位GDP碳排放比2005年减少40%至45%的目标。
现在，各级政府都在切实落实降低碳排放的目标，并将能否完成该目标做为政绩考核的重要部分。
演播室灯光设备一直是高消耗、低效率的耗能大户，因为没有一种低能耗高效率的灯具能够代替传统的卤钨灯。
现在，高功率的LED灯具已经研制成功，并且首先在中央电视台、辽宁电视台、天津电视台、山东电视台、河北电视台、四川电视台等重要电视台得到成功应用，获得了主持人、播音员、灯光师的好评。
广电系统正在大力推广这种绿色节能个灯具，为降低能耗，节约能源，减少碳排放作出应有的努力。
因此，我们建议新建的演播室灯光系统应采用新型绿色节能的LED照明灯具。
一、LED灯具主要优点：我公司自行研制的LED数字聚光灯，采用进口高效的LED发光模组，配合进口原装非聂耳螺纹透镜，灯具光学特性完全符合传统的聚光灯，这使灯光师在运用新型灯具的时候依然得心应手，运用自如。
该灯具于2009年初上市销售，经过中央电视台、天津电视台、河北电视台、山东电视台等多家专业电视台使用，取得完美的电视灯光效果与节能减排的双赢。
LED演播室灯具的出现可以说是顺应国际节能减排的大趋势，它适应了新形势的需要，也克服了传统演播室灯具高耗能、高热量、寿命短等缺陷，使得演播室灯光系统也进入了节能环保的时代。
LED灯具组成的灯光系统具有以下几个优点：1.LED灯具功率低，效率高，不需要很大功率的供电，在供电和电缆上可以节约很多资金。
以新闻演播室为例，采用LED灯具装灯功率约2KW，而卤钨灯具装灯功率约为20KW，节能效果明显；2.LED灯具大大降低了电能的消耗和热量的散发，也大大降低了空调设备的运转费用，节能效果明显；3.LED灯具无需调光设备，这使得灯光系统更加简单，也更加可靠，更加安全，对直播节目来说更为重要。
LED灯设计方案1. 简介LED灯作为一种高效、环保的照明产品，已经广泛应用于家庭照明、商业照明等领域。
本文将介绍LED灯的设计方案，包括LED灯的基本原理、硬件设计、软件设计等内容。
2. LED灯的基本原理LED（Light-Emitting Diode）是一种发光二极管，其工作原理是当电流通过二极管时，电子与空穴再结合，产生能量并转化为光能。
LED灯的亮度取决于电流的大小，而色彩取决于材料的性质。
LED灯具有寿命长、能耗低、反应速度快等优点，因此在照明领域得到广泛应用。
3. LED灯的硬件设计LED灯的硬件设计主要包括电源电路、驱动电路、散热设计等方面。
3.1 电源电路设计LED灯的电源电路设计要求稳定、高效。
常见的LED灯电源电路包括恒流源电源和恒压源电源。
恒流源电源通过控制电流大小来保证LED灯的亮度稳定，而恒压源电源通过控制电压来保证LED灯的亮度稳定。
3.2 驱动电路设计LED灯的驱动电路用于控制LED的亮度和工作模式。
常见的LED灯驱动电路有串联驱动和并联驱动两种。
串联驱动将多个LED灯串联在一起，利用电流平分的原理来保证每个LED灯的亮度稳定；并联驱动将多个LED灯并联在一起，不同LED灯之间的亮度相互独立。
3.3 散热设计由于LED灯工作时会产生热量，散热设计是LED灯设计的重要部分。
可采用散热片、风扇等散热措施来降低LED灯的工作温度，保证其工作正常。
4. LED灯的软件设计LED灯的软件设计主要包括控制系统设计和用户界面设计。
4.1 控制系统设计LED灯的控制系统设计包括亮度调节、颜色调节、时间控制等功能。
可以采用单片机等嵌入式系统来实现LED灯的控制系统。
4.2 用户界面设计用户界面设计影响LED灯的易用性和用户体验。
可以采用按钮、触摸屏等方式来实现用户界面，用户可以通过操作界面来控制LED灯的亮度、颜色等参数。
5. 总结LED灯设计方案涉及硬件设计和软件设计两个方面，其中硬件设计包括电源电路设计、驱动电路设计和散热设计；软件设计包括控制系统设计和用户界面设计。
LED照明系统设计完全版一、项目背景介绍随着环保理念的普及和节能政策的推行，LED照明系统作为一种高效节能、环保的照明方案，被广泛应用于商业、工业和居住等场所。
本文将对一种LED照明系统的设计进行详细介绍。
二、设计目标本次LED照明系统设计的目标是提供一个高效节能、可靠稳定的照明方案，能够满足室内环境的照明需求，并能够实现灯光的智能控制。
三、系统组成及工作原理1.LED照明灯具：选择高效节能的LED灯具，灯具数量和功率根据实际要求确定，可以采用可调光或可变色温的LED灯具。
2.灯具控制器：用于控制LED灯具的开关、亮度和颜色，可以通过无线通信或有线通信与系统中央控制器进行数据交互。
3.中央控制器：与灯具控制器进行通信，控制照明系统的整体运行，包括开关、调光和调色等功能。
中央控制器可以通过APP或物理面板实现用户对系统的操作和监控。
4.光线传感器：用于感知室内光线强度，根据光线强度的变化自动调整灯具的亮度，实现光照自动调节。
5.人体传感器：通过红外感应技术感知人体的动静，当有人进入或离开时，自动控制灯光的开关，实现人体感应控制功能。
6.温湿度传感器：感知室内温湿度变化，根据预设的温湿度参数，自动调节灯光的亮度和色温，提供舒适的照明环境。
四、系统优势1.高效节能：LED灯具本身具有高效节能的特点，配合智能控制系统可以根据实际需求自动调整灯光的亮度和色温，进一步降低能耗。
2.环保健康：LED灯具无紫外线和红外线辐射，不含汞、铅等有害物质，对人体健康无害，符合环保要求。
3.稳定可靠：LED灯具寿命较长，使用寿命可达数万小时，而且在灯光亮度调节和色温调节方面具有较好的稳定性。
4.智能控制：通过灯具控制器和中央控制器，用户可以根据需求随时调整灯光的亮度和色温，实现灯光的智能控制和情景调节。
5.安全可靠：系统中的人体传感器和光线传感器可以实时监测周围环境的变化，确保在人离开或光线充足时灯光自动关闭，同时避免不必要的能源浪费。
LED照明光学系统设计解读首先，光学系统设计中需要考虑的一个重要因素是光束的控制。
光束的控制涉及到光线的聚焦和扩散，通过合适的透镜设计和反射镜安置，可以实现不同的光束角度和光强分布。
例如，对于室内照明，为了使得整个空间都能够得到均匀的照明，可以设计出广角的光束分布，通过透镜的扩散效果将光线辐射到更大的范围内；而对于厨房等需要集中照明的场所，可以设计出狭角的光束分布，使得光线更为集中。
其次，光学系统设计中还需要考虑到光线的散射效果。
光线的散射主要通过透明材料来实现，如漫反射镜或者散射罩的使用。
通过合适的表面处理和材料选择，可以使光线在出光区域内均匀分布，减少光斑和光直接炫光的问题，增强照明效果的质量。
同时，通过控制材料的散射角度，可以避免光线遗漏，提高能源利用率。
此外，光学系统设计中还需要考虑到光效的问题。
光效是指照明产品所发出的光线中真正被利用到照明作用的百分比。
为了提高光效，需要首先注意光源的选择。
LED作为一种高光效的照明光源，已经在照明领域得到广泛应用。
其次，在光学系统设计中，可以通过透镜和反射镜的设计来提高光效。
透镜的设计可以减少光线的反射和衍射现象，提高光线的传输效率；反射镜的设计可以将反射光线重新聚焦，增加光线的利用率。
此外，还可以通过优化光线的传输路径来减少光线损失，提高光效。
最后，光学系统设计中还需要考虑到实际应用的要求。
不同的应用场景对于照明产品的要求是不同的，比如室内照明、室外照明、景观照明等。
每个场景对于光束的形状、光强分布、颜色温度等都有不同的要求。
因此，在光学系统设计中需要根据实际应用情况做出相应的调整和优化，以满足用户的需求。
综上所述，LED照明光学系统设计是为了实现良好的照明效果，在光束控制、光散射、光效等方面进行合理的设计。
通过合适的透镜和反射镜的设计，可以实现光束的聚焦和扩散；通过适当的散射材料的选择和表面处理，可以实现光线的均匀分布和减少光斑和光直接炫光的问题；通过优化光效和光线传输路径，可以提高光效和能源利用率；最后，根据实际应用要求，进行相应的调整和优化，以满足用户需求。
LED照明系统设计指南完全版本文详细讨论LED照明系统设计的六个设计步骤：(1)确定照明需求；(2)确定设计目标估计光学；(3)热和电气系统的效率；(4)计算需要的LED数量；(5)对所有的设计可能都予以考虑，从中选择最佳设计；(6)完成最后步骤。
虽然本文以一个室内照明设计为例，但所述的设计过程可以用于任何LED照明设计中。
现在的照明应用LED，具有普通照明所需的亮度、效率、使用寿命、色温以及白点稳定性。
因此，绝大多数普通照明应用设计中都采用这类LED，包括路面、停车区以及室内方向照明。
在这些应用中，由于无需维护(因为LED的使用寿命比传统灯泡的要长得多)且能耗降低，所以基于LED的照明降低了总体拥有成本(TCO)。
全世界有200亿以上的灯具使用白炽、卤素或荧光灯。
其中许多灯具用作方向照明，但都是采用在所有方向发光的灯。
美国能源部(DOE)称，在新住宅建筑里，嵌顶灯是安装最普遍的照明灯。
此外，DOE报告称，采用非反射灯的嵌顶灯一般效率只有50%，就是说，这类灯所产生光的一半都浪费到灯具内了。
相反，照明级LED具有至少50,000小时的高效、方向性照明。
利用照明级LED的所有优点设计的室内照明有以下优点：1 功效超过所有白炽灯和卤素灯具2 能与甚至最好的CFL(紧凑荧光)嵌顶灯的性能相媲美3 与这些灯具相比，需要维修前的寿命要长5到50倍4 降低光对环境的影响：不含汞、电站污染小、垃圾处理费用低。
照明还是灯？在普通照明中设计LED需要在两种方法间作出选择，是设计基于LED的完整的照明，还是设计安装到已有灯具上的基于LED的灯。
一般来说，一个完整的照明设计，其光学、热和电气性能要好于式样翻新的灯，因为现有灯具不会约束设计。
对目标应用，到底是新照明的总体系统性能重要还是式样翻新的灯的方便性更重要，这要由设计师来决定。
针对已有照明的设计方法如果目标应用采用构造新型LED照明更好，那么就设计照明的光输出，使其相当于或者超过现有照明匹配具有多种优点。
首先，现有设计已经针对目标应用进行了优化，可以在围绕有关光输出、成本和工作环境而确定设计目标时提供指导。
其次，现有设计的外形尺寸已经得到认可。
如果外形尺寸相同，终端用户转换成LED照明更容易一些。
遗憾的是，有些LED照明制造商错误报告或者夸大了LED照明的效率和使用寿命特性。
在CFL替换灯泡的早期的数年，照明业也遇到了类似问题。
行业标准的缺乏，以及早期产品质量的巨大差异将CFL技术的采用推迟了很多年。
美国能源部意识到了早期LED照明也可能存在相同的标准和质量问题，并且这些问题可能以类似的方式延迟了LED照明的使用。
作为应对措施，美国能源部发起了“DOE SSL商用产品测试计划(CPTP)”，对LED照明制造商声称的指标进行测试。
该计划以匿名方式测试LED照明的下列4个特性：照明光输出(流明)、照明效率(流明每瓦)、相关色温(开氏度)、显色指数。
DOE的CPTP将关注点放在了照明可用光输出上，而不仅仅是照明的光输出上，这为LED照明设计设定了一个很好的先例。
灯的概念可能过时了LED光的使用寿命很长，这就可能使灯的概念变得过时了。
照明级LED 不会像电灯泡那样出现灾难性失效。
相反，照明级LED在逐渐退化到其最初光输出通量(也称作流明维持)的70%之前，具有至少5万小时的使用寿命，也就是说连续点亮5.7年！不过，在大多数照明环境下，灯有规律地熄灭。
这一熄灭期足足可以将LED的使用寿命延长到30年以上，如曲线1所示。
过了这么多年之后，LED照明将“烧尽”，而那时LED照明技术下的照明将更亮、效率更高，与老式LED照明相比很可能要节省TCO。
不要忘记： LED照明的这5万小时使用寿命避免了多少对环境的影响。
送往填埋场的白炽灯泡至少要少25倍,并且能源消耗量要少5倍。
(美国约50%的能源来自燃煤，而燃煤会给空气中释放汞)。
或者，送往处理的含汞C灯泡至少减少5倍。
如前面提到的，不用维护是LED照明的一个重要优点。
因此，设计LED 照明，使其使用寿命最长并节省TCO是一个应对LED照明原始成本高这一障碍的极佳策略。
表1列出了设计大功率LED照明的一般步骤。
本文的其余部分依次讨论这些设计步骤。
为了更好地说明这些设计概念，本文给出了一个LED照明取代23W CFL嵌顶灯的计算例子。
不仅对本例，对所有类型照明，本设计步骤都可重复使用。
步骤一：确定照明需求LED照明必须满足或超过目标应用的照明要求。
因此，在建立设计目标之前就必须确定照明要求。
对于某些应用，存在现成的照明标准，可以直接确定要求。
对其它应用，确定现有照明的特性是一个好方法。
表2列出了确定现有照明特性时要考虑的主要特性。
光输出和功率特性始终很关键，而根据应用的不同，其它特性可能重要，也可能不重要。
所有照明公司都可以提供数据文件或文档，详细给出其各种灯具的关键特性。
“潜在关键”的特性要更主观一些，或者在制造商文档里没有列出。
在这种情况下，由设计师确定现有照明的特性。
图1说明了例中CFL嵌顶灯的关键特性。
表3给出了现有照明的全部特性。
步骤二：确定设计目标照明要求确定好了之后，就可以确定LED照明的设计目标了。
与定义照明要求时一样，关键设计目标与光输出和功耗有关。
确保包含了对目标应用也可能重要的其它设计目标，包括工作环境、材料清单(BOM)成本和使用寿命。
表4以LED照明为例列出的设计目标。
步骤三：估计光学系统、热系统和电气系统的效率设计过程中最重要的参数之一是，需要多少个LED才能满足设计目标。
其他的设计决策都是围绕LED数量展开，因为LED数量直接影响光输出、功耗以及照明成本。
查看LED数据手册列出的典型光通量，用该数除设计目标流明，这种方法很诱人。
然而，此方法太简化了，依此设计将满足不了应用的照明要求。
LED的光通量依赖于多种因素，包括驱动电流和结温。
要准确计算所需要的数量，必须首先估计光学、热和电气系统的无效率。
以前原型机设计的个人经验，或者本文提供的例子数量，都可以作为指南来估计这些损失。
本节对估计这些系统损失的过程进行简述。
光学系统效率通过考察光损失估计光学系统的功效。
要估计的两种主要的光损失源为：1.次级光学器件次级光学器件是不属于LED本身的所有光学系统，如LED上的透镜或扩散片。
与次级光学器件相关的损失根据使用的特定元件的不同而变化。
通过各次级光元件的典型光学效率在85%和90%之间。
2．灯具内的光损失当光线在到达目标物之前，打到灯具罩上时，就产生了灯具光损失。
某些光被灯具罩吸收，有些则反射回灯具。
固定物的效率由照明的布局、灯具壳的形状及灯具罩的材料决定。
如图2所示，LED光具有方向性，可达到的效率比全方向照明可能达到的要高得多。
对示例中的照明，如果照明需要次级光学器件，则只存在次级光损失。
次级光学器件的主要目的是改变LED的光输出图像。
曲线2将Cree XLamp XR-E LED的光束角度与目标灯具的光输出图像进行了比较。
裸LED的光束角度与目标灯具的非常相似，所以不需要次级光学器件。
因此，对本示例照明，不存在次级光学器件引起的光损失。
要计算本CFL示例的灯具损失，我们假定灯具反射杯的反射率为85%，60%的光将打到反射杯上。
因此，光学效率为：热损失LED的相对通量输出随着结温的上升而降低。
大多数LED数据手册都列出了25℃下的典型光通量值，而大多数LED应用都采用较高的结温。
当结温T j > 25℃时，光通量肯定比LED数据手册给出的值差。
LED数据手册中有一个曲线，给出了相对光输出与结温的关系，例如如曲线3所示的XLamp XR-E白色LED。
该曲线通过选择特定相对光输出或者特定结温，给出了其它特性值。
对本CFL示例，其照明只是为屋顶通风的商业建筑设计的。
本设计基于所列的设计目标，对光输出、功效和使用寿命的优先次序进行了划分。
XLamp XR-E LED额定为5万小时后提供平均70%的流明维持率，结温保持在80℃或以下。
因此，CFL示例的最高合适结温为80℃。
对应的最小相对光通量为85%，如曲线3所示。
这一85%相对光通量是对本例照明热功效估计的值。
电气损失LED驱动电子设备将可用功率源(如墙体插座交流电或电池)转换成稳定的电流源。
这一过程与所有电源一样，效率不会达到100%。
驱动器中的电气损失降低了总体照明效能，因为把输入功率浪费在发热上了，而没有用在发光上。
在开始设计LED系统时，就应考虑到电气损失。
典型LED驱动器的效率在80%到90%之间。
效率高于90%的驱动器的成本要高得多。
要注意，驱动器效率可能随输出负载而变化，如曲线4所示。
应指定驱动器工作在大于50%输出负载下，以使效率最大，并使成本最低。
曲线4示例的LED驱动器效率与负载的关系对于室内应用，驱动器效率87%的估值很好。
室外用或非常长的使用寿命的驱动器，效率可能要低一些。
表5概括了示例照明的光、热和电气系统的效率。
步骤四：计算需要的LED数量实际需要的流明量所有系统效率估算好之后，就可计算要达到设计目标需要的实际LED流明数。
对本计算，只使用光效率(光学和热)。
电气效率只影响总功耗和灯具效能，而不影响照明的光输出量。
示例照明“需要的实际流明”的计算如下：所需的实际流明=目标流明/(光学效率×热效率)=810/(91%×85%)=1,050lm工作电流另一个需要确定的是LED的工作电流。
工作电流在确定LED照明的效能和使用寿命时很重要。
增加工作电流，则各LED的光输出会变大，因而减少了所需的LED数量。
不过，增加工作电流同时也带来多个缺点，如表6所示。
根据应用的不同，考虑到每个LED流明输出值更高，这些缺点也许可以接受。
对示例照明，使用寿命和功效是最应优先考虑的设计目标，本照明以XLamp XR-E数据手册所列的最小工作电流(350 mA)工作，以最大限度提高LED功效并延长使用寿命。
LED数量工作电流确定之后，就可以计算各LED的流明输出数了。
由于LED的热损失已经在实际需要的流明数计算中考虑到了，故LED供应商文档给出的数量可以直接使用。
对本计算，使用LED订单代码所列的最小通量，而不是使用数据手册给出的典型数量。
大多数LED公司根据最小通量范围销售。
根据此最小数来设计，就可以确保用该LED订单代码制作的所有照明都能满足目标要求。
本例中的照明使用4000K CCT的XLamp XR-E LED，350 mA时的最小光通量为67.2 (P2 flux bin)。
LED的数量计算如下。
LED的数量=实际所需的流明数/每个LED的流明数＝1,050 lm / 67.2lm=16个LED步骤五：考虑所有设计可能并选择最佳设计LED数计算好之后，考虑满足设计目标的所有设计可能。
