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1、半导体及气体放电光源照明技术实验实验指导书光电信息学院李绍荣高原杨承2014年11月目录第一章 LED的性能参数测试11.1基本理论11.1.1 LED常用性能参数的基本概念11.1.2 LED常用性能参数的测量原理21.2实验内容5实验一 照度的测量5实验二 LED灯光色电特性的测量8第二章 照明光源驱动电源性能测试142.1基本理论142.1.1 高频无极灯驱动原理142.1.2 125W无极灯高频发生器162.1.3同惠TH2811D LCR测试仪操作指南192.2实验内容25实验一 高频感性器件性能与测试25实验二 功率因数校正电路原理分析及测试28实验三 启动电路测试与分析32实验四
2、 125W无极灯高频发生器电路分析与测试34第三章 LED驱动电源的制作和测试383.1基本理论383.2实验内容38实验一 Altium Designer软件的使用38实验二 一种LED驱动电路的原理图绘制及PCB生成57实验三 一种LED驱动电路的焊接及测试58第一章LED的性能参数测试1.1基本理论1.1.1 LED常用性能参数的基本概念1、光通量（luminous flux）光源在单位时间内发出的光量称为光源的光通量，通常以表示，单位为流明（lm）。它是根据辐射对标准观察者的作用导出的光度量，明确定义为能够被人眼视觉系统所感受到的那部分辐射功率的大小的量度。光源的光通量与该光源所消耗的
3、电功率之比称为光源的发光效率（简称光效），单位为lm/W。光效是表征光源将能源转化为可见光的能力，光效越高，照明产品越节能。2、发光强度（luminous intensity）光源在给定方向的单位立体角中发射的光通量定义为光源在该方向的发光强度（简称光强），单位为坎德拉（cd）。坎德拉是国际单位制和我国法定单位制的基本单位之一，其他光度量单位都是由坎德拉导出的。3、光照度（illuminance）光照度（简称照度）是表征表面被照明程度的量，它是每单位表面接受到的光通量。照度的符号为，单位为勒克斯（lx）。照度和光出射度具有相同的量纲，其区别在于光出射度是表示发光体发出的光通量表面密度，而照度则
4、表示被照物体所接受的光通量表面密度。对于接受光照后成为二次发光源的表面而言，其光出射度等于光照度乘以表面的反射系数。4、光亮度（luminance）光源在某一方向的亮度是光源在该方向上的单位投影面在单位立体角中发射的光通量。亮度的单位为坎德拉每平方米（cd/m2）。亮度不仅可以用来描述一个发光面，而且可以用来描述光路中的任何一个截面，如一个透镜的有效面积、一个光阑所截的面积或一个象的面积等。此外，还可以用亮度来描述一束光，光束的亮度等于这个光束所包含的光通量除以这束光的横截面积和这束光的立体角。5、功率因数（Power Factor）在交流电路中，电压与电流之间的相位差（）的余弦叫做功率因数，
5、用符号或PF表示，在数值上，功率因数是有功功率（与电流同相的那部分电压和电流的有效值的乘积）和视在功率（交流电压和交流电流的乘积）的比值，即。6、相关色温（correlated color temperature）相关色温是指与具有相同亮度刺激的颜色最相似的黑体辐射体的温度，用开氏温度表示，单位为开尔文（K）。7、主波长（dominant wavelength）用某一光谱色，按一定比例与一个确定的标准照明体（如CIE标准照明体A、B、C或D65）相混合而匹配出样品色，该光谱色的波长就是样品色的主波长，用符号表示。8、色纯度（purity）色纯度表示颜色接近主波长光谱色的程度。9、质心波长（ce
6、ntroid wavelength）质心波长是LED的几何对称波长。10、显色指数（color rendering index）显色指数是指14种特殊规定的颜色中的任一种色样，在待测光源下的颜色与在参照光源下的颜色一致的程度的度量，参考光源用日光或白炽灯光。显色指数常用符号表示。1.1.2 LED常用性能参数的测量原理一、照度的测量照度的测量通常是使用照度计。1、照度计的结构原理照度计由带导线的光电池和用来读出照度的电表所组成，如图1-1所示。照度计通常是采用硒光电池，但现在逐渐被具有优良特性的硅光电池所代替。图1-1 照度计原理图2、照度计的修正（1）修正通常用色温为2856K（即国际照委员
7、会标准光源A）的钨丝灯来标定照度计。修正值取决于校准光源和被测光源两者的光谱功率分布的差异以及光度头对的相对光谱灵敏度（即与曲线间的差异）。英国标准第667号（BSI，1996年）中定义了两种类型便携式照度计的要求，并给出了对常用气体放电灯的修正系数。（2）余弦修正对垂直入射照明，如果光电池的响应是，则当同样的照明以角入射时，理想的响应为，这就是我们常说的余弦响应。由于光电池表面反射性质的影响，实际的响应不遵循余弦规律，且误差随着角的增大而增大。因此，照度计采取了相应的修正措施：在光电池表面上放置漫射的圆板或穹形圆盖，以减小测量误差，如图1-2所示。图1-2 照度计实物图二、光通量测量光通量的
8、测量方法在国际照明委员会第84号出版物（CIE，1989年）里有详述：用角分布光度计通过一系列测量，求得光源在空间各个方向上的平均光强，再根据定义用4乘以这个值以得出光源的光通量。此外我们也可以用积分光度计将待测光源和已知光通量的标准光源进行比较测量得到。1、积分球积分球的性质：球表面任何位置上得到的由另一部分反射来的照度不受两点位置的影响。如图1-3所示，假定球的半径是，光源位于球心，球的表面涂有反射率为的漫射材料。设是内表面上的一点，挡板挡住了来自光源直接照射的光，让接收整个球表面反射的光。图1-3积分球性质推导示意图对亮度为的面元有：距离为的表面元在点产生的照度为：由球的几何性质和，化简
9、得：由上面的推导可知，积分球表面上任何点的照度和它的相对位置无关，整个球内表面反射的照度E是常数。设是位于积分球内的光源照射到球内表面的总光通量，是光源直接照射的光通量；是内表面反射的光通量，则有：设反射率是反射光通量和入射光通量的比，为球的内表面面积，则有： （1-1）理论上讲通过测量积分球表面上任何点的照度就可以计算出光源的光通量。2、积分光度计（1）存在问题：由于光源的存在所引起的吸收误差和球表面的涂层达不到理想状态，当通过测量窗口处的照度来计算光源的光通量时，不能使公式（1-1）进行计算。图1-4积分球内部结构示意图（2）解决办法：取代法具体方法：将标准光源放在积分球的球心处，测量积分
10、球壁的照度；然后把待测光源放到球内相同的位置取代标准光源，再测量照度。（A）如果标准光源和待测光源除了光通量不同之外，物理上完全相同，则从照度读数比可计算出待测光源的光通量。（此种测量条件下，标准光源和待测光源吸收同样的辐射量）（B）如果标准光源和待测光源在物理上不相同，这就需要测量各自的自吸收比。测量自吸收比的方法是放一只辅助灯泡紧靠球壁，并用挡屏挡住，防止光线直接落到光度头和被测灯泡上。用辅助光源得到一个读数，然后把标准光源放到积分球的球心上，但不点亮，再得到一个读数，设这两个读数的比为。随后用待测光源替代标准光源重复上述过程，测得的读数比为。比值可用来修正（A）中得到的读数。1.2实验内
11、容实验一 照度的测量一、实验目的1、掌握照度计的使用方法；2、学会测量、计算室内平均照度和照度均匀度，并以此评价室内照度水平。二、实验设备LED灯具、CEM DT-86型照度计、卷尺、辅助定标器三、实验原理1、CEM DT-86型照度计CEM DT-86型照度计的实物如图1所示：传感器功能按键液晶背光控制器电源按键液晶显示图1 CEM DT-86型照度计实物图CEM DT-86型照度计的使用方法：（1）按下开机键，液晶开始全显，然后自动进入正常测量模式；（2）将传感器移至光源处，并和光源保持垂直方向；（3）读取照度数值，如果此时环境光度较暗，则液晶背光灯会自动开启；（4）测量结束，将传感器从光
12、源处移出。附加说明：（1）随着照度的变化，仪表的量程会自动进行转换，量程档包括200.0Lux、2000Lux、20000Lux和40000Lux共4个Lux档位，或者相应的20.0FC、200FC、2000FC和4000FC共4个FC的档位。（2）长按功能键超过2秒钟，仪表显示数值的单位在Lux和FC之间切换。短按功能键选择最大值保持功能，再次短按则退出最大值保持功能，并进入正常测量模式。（3）如果仪表显示“OL”，则表示待测照度值超出了仪表的量程。2、测试点位置、高度及数量确定（1）测试点的位置及数量为避免误差，测试点需要达到一定数量。对一般室内或工作区选取边长为24m的正方形网格，当房间
13、较小时，可取12m正方形网格，以增加测点数，网格边线一般距离房间各边0.51m。测点数目越多，得到的平均照度值越精确，不过也要花费更多的时间和精力。如果允许测量误差为10%，可以使用根据室形指数选择最少测点的办法来减少工作量，如表1所示。若灯具数与表1给出的测点数恰好相等，则必须增加测点。表1 室形指数与最小测点数室形指数最少测点数室形指数最少测点数141292316325室形指数表示房间几何形状的数值，其计算公式为：式中为室形指数（room index），为房间的长度，为房间的宽度，为灯具到测量平面的高度。（2）确定测量平面和测试点高度测试点高度通常以工作台面高度为准，测试点不可选在自身的背
14、影处，也不可选在光源直射处，以免引入测量误差。测量平面和测试点高度一般为距离地面0.8m的水平面。3、平均照度的计算以所测范围内各点照度值求出全部测量范围的平均照度值，其计算公式如下：式中为测量区域的平均照度，为各测量网格中心点的照度，测试点数。4、照度均匀度的计算照度均匀度是指规定表面上的最小照度与平均照度之比，即：式中为照度均匀度，为所测表面上的最小照度。本实验中以房间所布置的测点面为指定表面，最小照度可认为所测点中的最小照度值。 公共建筑的工作房间和工业建筑作业区域内的一般照明照度均匀度不应小于0.7，而作业面邻近周围的照度均匀度不应小于0.5。四、实验步骤1、选定工作面上照度特性的研究（1）在选定工作面上布置测试点，如图2所示，图中的交叉中点位于LED灯具的正下方；4540cm图2 测试点布置示意图惠 阳 信 科 电 子 厂 程 序 文 件 题 目： 质量体系文件控制程序 更 改 内 容 审 核 批 准 生效日期 惠 阳 信 科 电 子 厂 程 序 文 件 题 目： 质 量 体 系 文 件 控 制 程 序 更 改 内 容 审 核 批 准 生效日期 惠 阳 信 科 电 子 厂 程 序 文 件 题 目： 质量体系文件控制程序 更 改 内 容 审 核 批 准 生效日期 惠 阳 信 科 电 子 厂 程
