大功率LED灯具的配光设计

赵志成

摘 要：随着LED光源技术的不断发展，其节能环保、使用寿命长等方面的优点得到了人们关注。当前，大功率LED技术达到了快速的发展，但是其在配光设计方面存在一些问题，基于此本文对大功率LED灯具的配光设计进行了研究。

关键词：大功率LED；灯具；配光设计

大功率LED是第四代电光源，将其应用于照明领域，具有显著的优点。其作为“绿色照明光源”，具有良好的节能性能，绿色环保，而且还具有光照均匀、使用寿命长以及灵活方便等多方面的优点，由于具备的这些优点，其在照明领域中具有广阔的应用空间。随着LED光源的应用，对于降低能源的消耗，缓解用电矛盾具有重要的意义，而且其还有利于资源节约型社会的建设。当前大功率高亮度LED光源，还是一项刚刚发展起来的技术，在实际的应用中还面临着多方面的问题，如散热以及电源驱动，尤其重要的是，还需要解决好灯具的光学系统设计问题，这一问题决定这灯具的使用效果，基于此本文對大功率LED灯具的配光设计进行了研究。

1 大功率 LED 在我国的应用

当前我国正在努力进行节能减排，各领域都在提高能源的利用效率，在这样的背景下，半导体照明已经得到了人们的广泛关注，并且被列入了节能减排产业示范项目。LED本身就是一种半导体材料，具有绿色环保、节能等多方面的特点，因此大功率LED在我国拥有非常大的应用潜力，能够得到广泛的推广和应用。当前，LED光源主要在景观装饰、汽车照明、显示屏、背光源等方面具有重要应用，而随着LED技术的发展，大功率LED技术出现并快速发展，进一步拓展了LED光源的应用，在一些特殊用途的专用照明领域也获得了应用。但是就目前的市场情况而言，大功率LED照明设备还存在一些制约其广泛应用的因素，包括散热、电源驱动以及配光设计等方面，而且其还存在发光效率低，而成本偏高的问题，在这样的情况下，大功率LED设备主要在隧道和道路领域进行应用，还没有实现广泛的应用。

2 大功率 LED 照明灯具的配光设计

所谓配光，其实是指光源在空间各个方向上的光强分布，在进行大功率LED照明灯具的配光设计时，要确保光线的分布达到相关的标准，使光线尽量投射到相关地方的各个区域，满足照明的需求。当前，大功率LED照明灯具在应用过程中面临的一个显著问题是，其配光设计必须要准确到位，这样其才能够取代传统的照明灯具，获得更加广泛的应用，因此加强对于大功率LED灯具的配光设计研究，对于大功率LED灯具的发展具有重要的意义、

在进行LED灯具的时，第一步就要确定灯具的应用场合和种类，然后根据实际的要求确定灯具应满足的性能要求，然后基于其进行灯具配光方案的制定，同时还需要确认灯具的测试和验证方案，从而在完成开发工作之后对其进行综合论证，并对这个过程中存在的问题进行修改，解决存在的问题后可以结束试制阶段，对灯具进行小批量的生产，这样就完成了整个灯具开发设计的过程。其中，配光设计是最为核心的步骤，下面大功率LED设计方法进行介绍：

2.1 按照灯具的使用环境来进行灯具色温的确定

当前有很多种方法可以使大功率LED光源实现发射白光，其中最为常用的，技术最为成熟的则是在GaN 基蓝光芯片上涂上一层黄色的荧光粉这一方法。通过应用这一方法，能够使得一部分蓝光激发荧光粉，从而产生黄绿色的光，而直接透过荧光粉的则为蓝光，二者混合之后就会产生白光。就当前我国企业生产的大功率LED光源的情况而言，色温普遍不够理想，这主要是由于我国企业还没有掌握荧光粉的核心技术，而国际上对这一技术进行垄断，导致国内的技术水平不足。另外，由于不同地域的人，对于荧光粉的感受存在一定的差异性，因，在灯具设计时，还需要根据应用场合的不同，来选择和场合最适合的色温的光源。一般大功率LED光源的生产厂家，都会对其生产的光源进行分档，根据其提供的数据就可以计算出色温。

光源显现在物体上的颜色，可以根据光源的显色指数进行判断，而色温对于显色指数存在一定的影响，不同的色温所对应的光源的显色指数也存在一定程度的差异。通常可以将白光分为三个档，分别是暖色、冷色和暖白光，这三种光分别具有不同的特点，因此其应用的场合也有所区别。如，暖色光的特点是，其能够让人感受到温馨和舒适，因此其经常被用于家庭、宾馆和宿舍等场合；而冷色光则非常的明亮，有助于让人保持注意力，因此在办公室和图书馆等场合应用的比较多；而暖白色光则具有让人身心愉悦，给人明朗之感的特点，因此最适合被应用在医院和餐馆等。综上所述，在确定灯具的色温时，要根据目标应用场所来确定，从而确保有良好的灯光效果，满足人们的实际需求。

2.2 灯具的总光通量的确定

光通量指的是人眼感受到的辐射功率，进行灯具的总光通量计算，并不是简单的过程，这是由于影响光通量的因素有很多，包括光源的流明维持率，这也是最为直接的影响因素。另外反射罩、路面反射系数、灯具的效率和维护系数都会对其造成显著的影响。在进行总光通量的计算时，应在保证总功率尽可能低的前提下，获得较高的流明数，灯具的总光通量不仅受到单颗灯的光通量有关，还和灯具的安装距离、维护系数以及配光系统有着比较大的关系。光学系统是非常复杂的，因此在进行总光通量的计算时，不仅要考虑到理论计算，而且还要通过参考已知光通量的LED灯具，以及传统灯具的光通量来最终进行确定。通过进行综合分析，获得的灯具总通光量计算公式为：灯具总通光量 = 单颗光源的有效通量 × 光源数量 × 利用系数。在计算公式中，利用系数这一值受到配光系统的光损以及灯罩透光率等因素的影响。

2.3 理想的配光方案的确定

通过制定出理想的配光方案，可以最大程度上提高灯光效果，使灯具可以在不同领域中都发挥出良好的作用。在进行配光方案的设计时，应对各种信息和材料及进行充分的考虑，确保其能够发挥出良好的效果。配光曲线，是表示灯具发射出的光，在空间中光强分布情况的，其可以反映出灯具的很多信息，包括光源数量、功率、光通量、灯具效率以及功率因数等等。

照明灯具的光强分布，主要是借助灯具的反光罩、透光棱镜、格栅以及反光罩等对灯光进行控制来实现的。其中，最基本的控光部件就是发射罩，这一部件的反射比越高，则具有更强的反射能力，也就具更强的控光能力。当前，最常用的灯罩材料包括不锈钢板、抛光氧化铝等，为了实现对光强分布的准确控制，需要按照反射定律，来进行反射罩的形状和尺寸的设计。通过灯具的配光，可以对灯具的照射范围、方向等进行计算，同时还可以计算出有效的安装高度、射程以及照射范围内的照度等相关信息。

结论

大功率LED光源具有多方面的优点，不仅节能环保，而且具有较长的使用寿命，因此在未来大功率LED灯具会得到广泛的应用。就目前而言，其在配光方面还存在一定的问题，需要进一步的进行研究，对其进行完善，从而提高其性能，使其获得更加广泛的应用。

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