照明LED的阵列研究与仿真
LED日光灯驱动电路设计及仿真分析
LED日光灯驱动电路设计及仿真分析目前小功率LED在使用时会对LED进行并联、串联，而使用过程中只要有一个LED 短路或开路，都将导致小片或整条LED熄灭，影响照明效果，因此研究简单、廉价的驱动电路具有重要的意义。
本文介绍了LED日光灯驱动的特点，设计了实用的电容降压式LED日光灯驱动电路，着重分析了关键元件参数的选择原则。
采用PSp ice仿真软件对设计的电路进行了可行性验证，并在此基础上制作了实物电路，用作12W T8标准LED日光灯电源。
经实验验证，该电路稳定可靠，成本低，适用于多种小功率LED驱动。
1 日光灯电路设计1. 1 LED日光灯驱动目前小功率照明产品中，广泛使用两种驱动电路形式：恒流驱动和稳压驱动。
前者电路输出的电流是恒定的，输出电压随负载的变化而变化，且恒流驱动通常使用恒流IC,使用时对IC承受的最大电压值要求较高，限制了LED 使用的数量。
后者输出电压是固定的，输出电流随负载（LED）数量的增减而变化。
实验证实，由于LED封装中其正向压降离散值较大，且LED亮度输出与其电流成正比，LED 亮度一致性较差，但通过串加合适电阻可以使每串LED亮度平均，较适于低端照明市场。
1. 2 LED日光灯电路设计LED日光灯驱动电路原理图如图1所示。
图1 LED日光灯驱动电路该电路共驱动140只白光LED （小功率）,采用35串4并的模式，采用电容降压式驱动方式。
其中，C1、C4 为并联的两个相同的电容，起降压及限流作用；4个1N4007组成的整流桥对输入交流电压进行整流；滤波电容C3 用于滤除整流输出电压中的交流成分，使电压更为平滑；L1、C2 用于滤除输出电压中的高频成分；电阻R4 为C3 提供放电回路；采用单向晶闸管SCR729210对电路进行保护， R3 为限流电阻。
1. 2. 1 降压电容选择因为通过降压电容C 向负载提供的电流IO实际上就是流过C 的充放电电流IC.当负载电流IO 小于C的充放电电流IC 时，多余的电流就会流过滤波电容C2。
照明LED的阵列研究与仿真
照明LED的阵列研究与仿真LED是一种寿命长、功耗低、无辐射的节能环保型光源, 大多数专家预测21世纪将是以固体发光材料为核心的,即以LED为代表的新型光源、绿色照明的世纪，因此LED光源具有光明的前景。
近年来，LED灯具产品开发的种类越来越多，设计合适的LED灯具显得尤为重要。
由于单颗LED的功率很小，作为照明来使用，要求在照明区域内具有一定的均匀光通量和照度，所以需要采用LED的阵列形式，加大其发光亮度和发光面积，改善光照的均匀性。
本文对LED阵列进行仿真，并根据仿真结果进行分析，得出各种阵列的特点，分析适合此阵列的灯具，为LED灯具设计提供精确的参考依据。
1. LED及其照明应用 LED(Lighting Emitting Diode)即发光二极管，它是利用固体半导体芯片作为发光材料，在半导体中通过载流子发生复合放出过剩的能量而引起光子发射，直接发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫、白色的光。
因其是寿命长、功耗低、无辐射的节能环保型光源，所以近年来，LED光源特别是白光LED引起人们的极大关注。
LED在照明领域的应用主要包括夜景照明、汽车照明、交通灯、专用普通照明、特种照明和安全照明。
随着LED发光效率的不断提高，LED照明会慢慢代替白炽灯照明，走入千家万户。
2. LED阵列照度计算及其分布研究 2.1 LED阵列照度的计算 照度(Luminosity)指物体被照亮的程度，采用单位面积所接受的光通量来表示，表示单位为勒[克斯](Lux) ，即lm/m2。
1 勒[克斯]等于 1 流[明]( lm)的光通量均匀分布于 1 m2 面积上的光照度。
LED阵列的照度是多个单个LED。
LED室内照明仿真平台的研究与实现
LED室内照明仿真平台的研究与实现林智奇;程功勋;刘丽兰;熊峰;周颖圆;俞涛【摘要】针对LED室内照明的发展现状,提出了使用Web3D技术开发一种三维交互式的LED室内照明虚拟仿真平台.该平台依托于LED协同商务平台网站,打破了当前网上仅使用平面图的方式展示LED灯具以及灯光效果的模式,将三维场景漫游和三维产品展示技术应用到LED照明中.通过3DSMAX来构建室内场景以及灯具的模型,利用VIRTOOLS来实现用户与平台之间的交互.该系统可以最大限度地使用户了解所需购买灯具的三维模型以及灯具的真实效果,提高客户购买产品的满意度.【期刊名称】《照明工程学报》【年(卷),期】2012(023)004【总页数】6页(P75-79,92)【关键词】LED;室内照明;虚拟仿真;VIRTOOL【作者】林智奇;程功勋;刘丽兰;熊峰;周颖圆;俞涛【作者单位】上海大学机电工程与自动化学院上海市机械自动化及机器人重点实验室,上海200072;上海大学机电工程与自动化学院上海市机械自动化及机器人重点实验室,上海200072;上海大学机电工程与自动化学院上海市机械自动化及机器人重点实验室,上海200072;上海半导体照明工程技术研究中心,上海201203;上海半导体照明工程技术研究中心,上海201203;上海大学机电工程与自动化学院上海市机械自动化及机器人重点实验室,上海200072【正文语种】中文1 引言作为一种全新的照明技术，LED利用半导体芯片作为发光材料，直接将电能转换为光能，以其发光效能高、耗电量少、使用寿命长、安全可靠、环保卫生等优越性，被业界认为是人类继爱迪生发明白炽灯泡后最伟大的发明之一。
LED室内照明主要包括商场照明、酒店照明、写字楼照明以及家居照明等。
从市场规模上看，室内照明市场由于应用群体的广泛将成长为规模最大的市场，预计在2013年，室内照明将达到98.2亿元左右的规模。
基于以上分析，LED产业正处于快速发展阶段，然而目前网络上大部分对LED灯具的描述仅局限在灯具的参数上，在效果的展示方面，也仅停留在使用静态图片展示上，缺乏一定的真实感和互动性，无法让普通用户对LED的光效和普通白炽灯的照明效果有一个直观的对比。
基于LED光源的DLP投影照明系统的设计与仿真
基于LED光源的DLP投影照明系统的设计与仿真近年来，移动显示技术的发展使得微型投影逐渐成为一种个性化的消费方式。
同时，伴随着大功率LED 日渐成熟，以LED 为光源的微型投影仪应运而生，其市场份额和受众群体也在逐年增大。
微型投影仪是一种便携式图像信息显示设备，其中DLP 是其中的主流投影技术，其核心器件是由德州仪器公司开发的数字微型器件（DMD）。
基于LED 光源的DLP 投影系统主要包括照明和成像两个部分，其中照明部分是整个投影系统的光引擎。
从LED 发出的光在角空间的分布遵循余弦定律，不能直接用于投影照明系统。
投影仪的照明部分又包括准直、匀光、合束、聚焦四个部分，作用就是对从LED 发出的光进行准直和匀光，使得最后的光斑满足照明需求。
标签：LED 光源；DLP；投影照明系统；设计；仿真一、引言过本项目的研究，使仪器可以得到更规则更均匀的光斑，使其更好的被后续利用。
研究内容主要为DLP投影照明系统的研究现状的概述，发展方向，存在的问题；它的结构与工作原理，理论上的优化设计，与软件的仿真分析改善，用软件进行光学器件的模拟与光路仿真。
采用LED 光源，主要以DLP 投影照明的光路设计为核心，对DLP投影照明系统的原理非成像光学等理论进行概述。
对LED 的准直进行研究，分别采用CPC、自由曲面TIR 透镜进行准直，提出了一种基于微透镜阵列的TIR透镜，系统匀光器件采用整体复眼透镜。
分别使用Matlab 和Pro/Engineer 进行相关数据的计算以及相关器件的建模，并使用Light Tools 和Tracepro 对光学器件和光路进行模拟和仿真，最终得到了比较高的均匀度和光能传输效率，使得最终光学体积也大大缩小，从而实现了DLP 投影系统的便携化。
二、DLP 投影照明系统的结构和原理1.设计方法DLP（数字光处理）投影技术，它是通过对输入的图像信号进行数字处理然后投影出来。
DLP 投影技术的最基本器件是DMD（数字微镜器件），DMD 是一种结合光机械和电子机械的器件，由TI（美国德州仪器公司）开发专门用于DLP投影设备的芯片DLP投影系统通常根据采用DMD片数分为单片式和三片式，三片式DLP投影仪亮度比较高，由于采用多片DMD增加了成本，而且结构设计十分复杂，故在大多数场合下采用DLP单片式投影系统。
LED电路仿真设计-Saber篇
学习曲线陡峭
Saber软件功能强大但操作复杂， 需要设计师具备一定的专业知识 和技能。
资源占用较大
Saber软件的仿真过程需要占用较 大的计算资源，对于小型项目可 能存在一定的性能挑战。
成本较高
Saber软件是一款商业软件，购买 和维护成本较高，可能不适合小 型项目或个人用户。
THANKS
感谢观看
仿真精度设置
用户可以根据需要设置仿真的精度， 如采样点数、仿真步长等。
Saber软件的仿真结果分析
波形分析
参数优化
通过Saber软件的波形分析功能，用户可以 观察LED电路的输入输出波形，了解电路的 工作状态和性能表现。
根据仿真结果，用户可以对元件参数进行 优化，以提高LED电路的性能指标。
可靠性分析
05
LED电路仿真设计的挑战与展望
LED电路仿真设计的挑战
高精度模拟需求
LED电路的特性要求高精度模拟，以准确预测其性能和行为。
复杂的光学效应
LED的光学效应（如散射、反射和干涉）增加了电路仿真的复杂性。
材料特性的多样性
不同LED材料的电气和光学特性差异大，增加了仿真的难度。
热效应的考量
LED在工作时会产生热量，热效应对LED性能有显著影响，需要纳入仿真设计。
总结词
LED照明电路仿真设计能够预测实际照明 效果，优化照明质量和能效，降低设计 和制作成本。
VS
详细描述
LED照明电路的设计需要考虑照明的均匀 性、颜色和亮度等参数。通过仿真设计， 可以预测不同电路参数下的照明效果，从 而优化电路设计，提高照明质量和能效。 此外，仿真设计还可以帮助设计师快速评 估不同方案的成本和性能，为实际制作提 供可靠的依据。
LED应用于照明的计算和仿真
则在此球带内的球带光通量 :
<LEDθave = ΩLg
(7)
由于 LED 在空间的光强分布一般是轴对称的 , 故单
个ve g [ 2π(cosθj1 - cosθj2 ) ] j=0
n = π2 Πθj2 - θj1
(8)
其中 Ij 是第 j 个球带内的平均光强 , θj1 、θj2 是第 j
26
照明工程学报
2007 年 3 月
仿真设计的例子 , 阐明了运用 ASAP 进行设计和分 析这一方法的优点和便捷 , 使用户对于它的各种功 能有更深入的了解 。
1 ASAP 的计算机仿真
用于非成像照明的光源一般定义为非相干光 。光线 在界面上遵循菲涅尔定律 , 从而可以计算出折 、反 射的光通量和光线的方向以及界面上的反射率 R 和 透射率 T 。
散 射 面 的 定 义[4] 是 建 立 在 BRDF
(Bidirectionalreflectance distribution function) 基 础 上 ,
其中 BSDF 是描述光如何从一个面上散射 , 是关于
入射角的函数 。而 TIS ( Total Integrated Scatter) 表示
θ
∫ Ω =
2 dΩ
θ
=
2π(cosθ1
-
cosθ2 )
(5)
1
球带内的光强平均值可由光强分布曲线 , 如图
3 来估计 , 也可以根据函数平均值定理直接计算 ,
得到在从θ1 到 θ2 的球带内的光强平均值 :
θ
∫2 I (θ) dθ θ
Iθ = ave
1
θ2 - θ1
(6)
图 3 垂直平面的极坐标光强分布曲线
汽车LED照明灯驱动系统的设计与仿真
119科技资讯 S CI EN CE & T EC HNO LO GY I NF OR MA TI ON 工 业 技 术1 汽车LED照明灯及驱动系统的介绍1.1LED 的结构由电极、光学系统和P N 结芯片组成LED的结构。
在LED两电极施加正向偏压之后,使空穴和电子分别注入N区和P 区,当不平衡的少数载流子集合时,就运用辐射光子的方式把剩下的能量变换位光能。
L ED 实际就是一块具有电致发光功能的半导体材料,放在有引线的架上,四周密封时用环氧树脂,有保护内部的芯线的作用。
LE D的两根引线中较长的一根为正极,应接电源正极。
有的L E D 的两根引线一样长,但管壳上有一凸起的小舌,靠近小舌的引线是正极。
与白炽灯和氖灯相比,LED的特点是:工作电压低;工作电流很小;抗冲击和抗振性能好,可靠性高,寿命长;通过调制LE D的电流强弱可以方便地调制LE D的发光强弱。
LED的发光过程有3部分:正向偏压下的复合辐射、光能传输和载流子注入。
环氧树脂把半导体芯片封装,当电子流过芯片,负电子运动到正电子的空穴区域并复合,空穴和电子消失随之光子产生。
空穴和电子间能量越大,产生光子的能量就越高。
光子的能量反过来与光的颜色对应,在可见的频谱范围内,蓝色光、紫色光携带的能量最多,桔色光、红色光携带的能量最少。
由于不同的材料具有不同的能量,从而能够发出不同颜色的光。
1.2LED 照明灯驱动器分类L ED 虽然在节能方面比普通光源效率高,但是LE D光源却不能像一般的光源一样可以直接使用公用电网电压,它必须配有专用的电压转换设备,提供能够满足驱动L ED 的额定电压和电流才能使L ED 正常工作。
但是由于各种规格不同的L E D 驱动器的性能和转换效率不同,所以选择合适、高效的LE D驱动器才能真正展现出LE D光源高效能的特性。
因为低效率的L E D 驱动器本身就需要消耗大量的电能,所以在给LE D供电过程中就无法凸显L ED 的节能特点。
热仿真技术在LED照明产品设计中的应用
热仿真技术在LED照明产品设计中的应用王劲刘乃涛梁秉文（南京汉德森科技股份有限公司）摘要随着高光通量LED在照明领域的逐渐推广,单个LED产品的功率越来越大,热设计已经成为确定产品方案时必须考虑的重要因素。
同时，设计人员必须在产品性能保证的前提下尽快确定合理的方案.在这种情况下,引入快速、高效的仿真技术十分必要。
本文以一个实例介绍了如何利用热仿真技术对LED照明产品的设计进行分析，并确定最佳产品设计方案的过程。
关键词热仿真温升LED 照明前言随着高光通量LED在照明领域的逐渐推广，单个产品的功率越来越大，这对产品的热设计提出了很高的要求，高光通量LED应用的瓶颈之一即是散热问题，如果散热问题得到合理的解决,LED 的应用范围将会更广。
传统的散热设计依靠手工计算,设计方法过于简单而且耗时，结果也很难满足设计要求,在产品设计周期日益缩短的市场环境下，已经不能适应现代化产品的设计要求。
在激烈的竞争压力下，企业迫切需要可靠性高、成本低且周期短的设计方法。
计算机辅助工程（CAE）的引入有效地缩短了新产品的研发周期。
例如在热学设计方面，在产品设计之初即将设计模型引入CAE软件中，在边界上施加与实际大致相符的边界条件,计算其温度场的分布，以此来对不同的方案进行选择。
这种虚拟的方法相当于用计算机来做热试验,并且具备快速、直观的特点,可以提供更多的数据，为产品的优化设计提供必要的支持。
本文以一个实例介绍利用热仿真技术对产品的设计进行仿真分析，通过分析比较挑选出适合设计方案的整个过程.1 产品的设计方案本案例是依据客户要求,设计一款3W射灯，体积有一定的限制，30℃环境温度下使用，表面温度不超过55℃.由于对体积有限制，经过多次论证, 确定有三种设计选择，在此分别称为方案a、b和c。
这三种设计方案的内部机械结构如图1所示:1—上端盖2—LED放置板3—驱动电路位置4—下部散热端图1 射灯内部结构在此结构中，上端盖1与下部散热端4之间、LED放置板与下部散热端之间都以螺纹连接。
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照明LED的阵列研究与仿真
LED是一种寿命长、功耗低、无辐射的节能环保型光源, 大多数专家预测21世纪将是以固体发光材料为核心的,即以LED为代表的新型光源、绿色照明的世纪，因此LED光源具有光明的前景。
近年来，LED灯具产品开发的种类越来越多，设计合适的LED灯具显得尤为重要。
由于单颗LED的功率很小，作为照明来使用，要求在照明区域内具有一定的均匀光通量和照度，所以需要采用LED的阵列形式，加大其发光亮度和发光面积，改善光照的均匀性。
本文对LED阵列进行仿真，并根据仿真结果进行分析，得出各种阵列的特点，分析适合此阵列的灯具，为LED灯具设计提供精确的参考依据。
1. LED及其照明应用
LED(Lighting Emitting Diode)即发光二极管，它是利用固体半导体芯片作为发光材料，在半导体中通过载流子发生复合放出过剩的能量而引起光子发射，直接发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫、白色的光。
因其是寿命长、功耗低、无辐射的节能环保型光源，所以近年来，LED光源特别是白光LED
引起人们的极大关注。
LED在照明领域的应用主要包括夜景照明、汽车照明、交通灯、专用普通照明、特种照明和安全照明。
随着LED发光效率的不断提高，LED照明会慢慢代替白炽灯照明，走入千家万户。
2. LED阵列照度计算及其分布研究
2.1 LED阵列照度的计算
照度(Luminosity)指物体被照亮的程度，采用单位面积所接受的光通量来表示，表示单位为勒[克斯](Lux) ，即lm/m2。
1 勒[克斯]等于 1 流[明]( lm)。