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1、皖 西 学 院本科毕业论文（设计） 论 文 题 目12w大功率LED筒灯设计 姓名（学号）（2009011687） 系 别机械与电子工程学院 专 业电气工程及其自动化 导 师 姓 名董海燕 翁志远 二 一 三 年 六 月12w大功率LED筒灯设计作 者王指导教师董海燕翁志远摘要：近年以来随着半导体材料生长技术与器件封装工艺的进步，大功率LED灯的发光效率及可靠性得到了很大的提高。但是由于LED的外观，驱动电路的设计，发光特性和透镜的选择等与传统灯源不同，使得现有的供电和照明系统无法完全适用于LED。所以如何对LED灯进行外形，驱动电路，透镜选择等光学系统，散热，结构的设计，对发挥大功率LED灯
2、的潜能，促进整个半导体照明产业的发展以及促进人民生活质量的提高具有不可或缺的作用。本文首先介绍了LED灯的概念，原理，实质及照明灯具产业的发展现状及意义，阐述了照明理论与灯具设计基础；针对12w大功率LED筒灯驱动电路的以及其他的设计，本文采用比较，思考，分析，计算的方法，不断进行修改，不断进行改进，最终在满足12w大功率以及确定外观，散热，透镜等的设计的条件下尽可能达到经济简单，为大功率LED筒灯产业的更进一步发展，做出自己的贡献。关键字：大功率 LED 筒灯 设计Design of 12w high power LED lampAbstract:In recent years with t
3、he development of semiconductor material growth technology and device packaging technology advances, the luminous efficiency and reliability of high-power LED lamp has been greatly improved. But because of the appearance LED, driving circuit design, different luminescence characteristics and the sel
4、ection of lens and traditional light source, the existing power supply and lighting system can not be fully applicable to the LED. So how to LED lamp shape, drive circuit, the selection of lens optical system, cooling, structure design, the use of high-power LED lamp potential, promote the developme
5、nt of semiconductor lighting industry and has an important role to promote the improvement of quality of life.LED downlight is embedded into the ceiling light beam lighting. This paper first introduces the concept of LED lamps, the principles, development status and significance of essence and light
6、ing industry, expounds the theory basis of lighting and lighting design; and then discusses the design idea of 12W high power LED tube light, according to the 12W high power LED lamp drive circuit and other design, this paper adopts comparative, thinking, analysis, continuous improvement, and ultima
7、tely to meet 12W high power as well as to determine the appearance, heat dissipation, reducing the manpower and material consumption, to make its own contribution.Keywords: high power; LED; lamp; design目录引 言11 LED的介绍2 1.1 LED灯的简单概述21.2 LED灯的发展史41.3 与传统灯的差异41.4 LED灯具的结构特征62 LED筒灯的设计72.1 整体外观的设计72.2 驱
8、动电路的设计8 2.2.1 传统LED驱动电路8 2.2.2 LED的改进驱动电路10 2.2.3 电容降压的LED驱动电路的简单介绍11 2.2.4 设计的驱动电路133 LED铝基板和散热器的设计143.1 铝基板的介绍143.2 LED铝基板的分析153.3 热分析163.4 设计的铝基板173.5 散热器的设计19 3.5.1 散热器的介绍19 3.5.2 散热器稳态温度场分析194 LED透镜244.1 LED透镜的材料种类244.2 透镜的应用分类244.3 LED透镜规格分类254.4 LED透镜的设计与模具加工264.5 设计的透镜27结论28致谢29参考文献：30I皖西学院本
9、科毕业论文（设计）引 言LED日光灯作为一种光亮柔和而有效的光源在全世界很受欢迎，无论是在家居、商店、办公室、学校、超市、医院、剧场，影楼，戏院还是在商业冰柜、广告灯箱、地铁、车站、人行隧道、人防工程、夜市灯饰照明、公园等，只要需要照明的地方都可以见到LED日光灯。 传统的LED日光灯其电源的利用率并不理想：附加镇流器功耗较大，开启时需要辅助高压；日光灯管内置的水银在废弃时无法处理，成为污染环境的公害。而且日光灯管的荧光粉在充入日光灯管过程中，含有很多量的汞(水银)，所以日光灯管破裂后，跑出来的水银蒸气对人体的危害较大。权威资料表明：汞蒸气达0.04至3毫克时会使人在3至4月内慢性中毒，达1.
10、2至8.5毫克时会诱发急性汞中毒，如若其含量达到20毫克，会直接导致动物的死亡。第四代新型节能光源，LED光源诞生之时即被用来做各类灯具的发光光源。0.07W的白光LED草帽灯、食人鱼是最早被用在LED日光灯的发光灯条上的。 每个LED日光灯管使用数量不等，约290-360颗。而且现在新一代的LED日光灯发光灯条使用从0.06W到1W、显色为纯白、汗白、青白、暖白、冷白、的贴片LED平面光源。节能省电是LED日光灯的最大特点。以T8日光灯为例，标称36W的荧光日光灯(CFL)，其附加镇流器耗电8W，工作时实际耗电44W，照亮流明为420lm，使用寿命3千小时。而同样规格的LED日光灯，工作时实
11、际耗电仅16W，照亮流明为550lm，使用寿命可达3万小时。然而与传统的照明系统不同，由于传统的技术还不够成熟，目前大功率的LED筒灯的制作数量不是很多，特别是大功率LED筒灯驱动电路的设计，总是很难达到既经济又简单，本文中主要阐述了大功率LED筒灯驱动电路、外形、结构、散热等的设计，论述了自己的观点，在满足大功率的条件下，尽量满足经济简单的要求。1 LED的介绍1.1 LED灯的简单概述LED是发光二极管（light emitting diode）英文的缩写。是一种固态的半导体元器件，它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，而另一端连接到
12、电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主要的地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个P-N结。当电流通过导线作用到此晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就以光子的形式发出一定的能量，这就是LED发光的原理。然而光的波长也就是光的颜色，是由形成P-N结的材料所决定的。电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱还与电流有关。它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯
13、线的作用。按发光管出光面特征分圆灯、方灯、矩形、面发光管、侧向管、表面安装用微型管等；圆形灯按直径分为2mm、4.4mm、5mm、8mm、10mm及20mm等。国外通常把3mm的发光二极管记作T-1；把5mm的记作T-1（3/4）；把4.4mm的记作T-1（1/4）。由半值角大小可以估计圆形发光强度角分布情况。从发光强度角分布图来分有三类：（1）高指向性。一般为尖头环氧封装，或是带金属反射腔封装，且不加散射剂。半值角更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或与光检出器联用以组成自动检测系统。（2）标准型。（3）散射型。这是视角较大的指示灯，散射剂的量较大。按发光二极管的结构分有全环氧包封、
14、金属底座环氧封装、陶瓷底座环氧封装及玻璃封装等结构。按发光强度和工作电流分有普通亮度的LED（发光强度100mcd）；把发光强度在mcd间的叫高亮度发光二极管。一般LED的工作电流在十几mA至几十mA,而低电流LED的工作电流在2mA以下（亮度与普通发光管相同）。LED因其颜色不同,所以其化学成份不同。如：红色 ：铝-铟-镓-磷化物；绿色和蓝色: 铟-镓-氮化物。白色和其它色都是用RGB三基色按适当的10-100比例混合而得到的。LED 的制造过程有点类似于半导体,但加工的精度还不如半导体,目前成本仍然较高。它具有耗电省（电流只有20-30mA）；亮度高（发光强度可达上万个mcd）；体积小（直
15、径最小可达1mm）；重量轻（一颗发光管仅重零点几克）；寿命长（10万小时）；外观优美等优点。 单个LED的发光强度以cd为单位，同时配有视角参数，发光强度与LED的色彩没有关系。单管的发光强度从几个mcd到五千mcd不等。LED生产厂商所给出的发光强度指LED在20mA电流下点亮，最佳视角上及中心位置上发光强度最大的点，封装LED时顶部透镜的形状和LED芯片距顶部透镜的位置决定了LED视角和光强分布。一般来说相同的LED视角越大，最大发光强度越小，但在整个立体半球面上累计的光通量不变。当多个LED较紧密规则排放，其发光球面相互叠加，导致整个发光平面发光强度分布比较均匀。在计算显示屏发光强度时，需根据LED视角和LED的排放密度，将厂商提供的最大点发光强度值乘以30%-90%不等，作为单管平均发光强度。一般LED的发光寿命很长，生产厂家一般都标明为100000小时以上，实际还应注意LED的亮度衰减周期，如大部分用于汽车尾灯的UR红管点亮十几至几十小时后，亮度就只有原来
