LED照明系統

LED照明系統是一個電光轉換系統，其電光轉換過程從供電部分開始，依次包括原始電源(“動力源泉”)、電源管理與變換、傳感與控制、驅動器、熱管理、LED及其混光、散射和光學提取等部分。

LED照明系統設計可按照確定照明需求，確定設計目標，估計光學、熱和電氣系統的效率，計算需要的LED數量，選擇最佳設計方案和完成最後步驟6個步驟進行。 ^[1] 

(1)確定照明需求

LED照明必須滿足或超過目標應用的照明要求。在建立設計目標之前就必須確定照明要求。對於某些應用，存在現成的照明標準，可以直接確定要求。對其他應用，確定現有照明的特性是一個好方法。

(2)確定設計目標

照明要求確定好了之後，就可確定LED照明的設計目標。與定義照明要求時一樣，關鍵設計目標與光輸出和功耗有關。確保包含了對目標應用也可能重要的其他設計目標，包括工作環境、材料清單(BOM)成本和使用壽命。

(3)估計光學系統、熱系統和電氣系統的效率

設計過程中最重要的參數之一是需要多少個LED才能滿足設計目標。其他的設計決策都是圍繞LED數量展開，因為LED數量直接影響光輸出、功耗以及照明成本。查看LED數據手冊列出的典型光通量，用該數除設計目標流明，這種方法很誘人。但這種方法太理想化，依此設計將滿足不了應用的照明要求。

LED的光通量依賴於多種因素，包括驅動電流和結温。要準確計算所需要的數量，必須首先估計光學、熱和電氣系統的效率。

①光學系統效率　通過考察光損失估計光學系統的功效。要估計的光損失源主要有兩種：

一是次級光學器件，次級光學器件是不屬於LED本身的所有巍學系統，如、LED上的透鏡或擴散片。與次級光學器件相關的損失根據使用的特定元件的不同而變化。通過各次級光元件的典型光學效率在85%-90%之間。

二是燈具內的光損失，當光線在到達目標物之前，打到燈具罩上時，就產生燈具光損失。某些光被燈具罩吸收，有些則反射回燈具。固定物的效率由照明的佈局、燈具殼的形狀及燈具罩的材料決定。

③電氣損失　LED驅動電子設備將可用功率源(如牆體插座交流電或電池)轉換成穩定的電流源。這一過程與所有電源一樣，效率不會達到100%。驅動器中的電氣損失降低了總體照明效能，因為把輸入功率浪費在發熱上了，而沒有用在發光上。在開始設計LED系統時就應考慮到電氣損失。典型LED驅動器的效率在80%～90%之間。效率高於90%的驅動器的成本要高得多。要注意，驅動器效率可能隨輸出負載而變化。

對於室內應用，驅動器效率87%的估值比較合適。室外用或使用壽命非常長的驅動器，效率可能要低一些。

(4)計算需要的LED數量

①實際需要的光通量

所需的實際光通量=目標光通量/(光學效率×熱效率)

②工作電流　工作電流在確定LED照明的效能和使用壽命時很重要。增加工作電流，則各LED的光輸出會變大，因而減少了所需的LED數量。但增加工作電流同時也帶來多個缺點，如功效降低、壽命縮短。

③LED數量　工作電流確定之後，就可以計算各LED的光通量。由於LED的熱損失已經在實際需要的光通量計算中考慮到了，故LED供應商文檔給出的數量可以直接使用。LED的數量計算公式如下

LED的數量=實際所需的光通量/每個LED的光通量

(5)考慮所有設計可能並選擇最佳設計

所需LED數計算好之後，接下來就應考慮滿足設計目標的所有設計可能。設計師可以充分利用LED光的方向性和大量可用的次級光學器件來構造原始設計。

所謂次級光學器件是指除LED初級光學器件外附加的光學元件，用於對LED的光輸出進行整形。一般的次級光學器件類型為反射(光從某個表面反射回)，或者折射(光通過折射材料彎曲，折射材料通常為玻璃或塑料)。次級光學器件可以通過購買標準件、現成的零件或用照明模型通過光線跟蹤模擬來設計定製。

(6)最後步驟

選擇好最佳設計後，最後需要做的工作有：電路板佈局、構造原型、針對設計目標測試原型機、最後定下設計方案、寫出觀察報告和改進意見等。