LED燈具設計

LED燈具設計 本書以現代燈具設計爲核心，作者以7章講述了從基礎概念→高級應用的多方面內容，強調理論與實踐相結合。 第1章 燈具概述 通過對燈具歷史、分類和發展趨勢的深入分析，奠定了設計實踐的理論基礎。 一、基本信息 1. 國標文件：GB 7000.1-2007《燈具 第1部分：一般要求與試驗》 2. 燈具定義：能分配、透出或轉變一個或多個燈發出光線的一種器具，幷包括支承、固定和保護燈必需的所有部件（但不包括燈本身），以及必需的電路輔助裝置和將它們與電源連接的裝置。 3. 早期燈具VS現代燈具 1）早期燈具類似陶製的盛食器“豆”：上盤下座，中間以柱相連。 2）現代燈具：家居、商業、工業、道路、景觀、特種照明。 二、現代燈具 1. 家居照明發展 白熾燈→熒光燈→節能燈→鹵素燈→滷鎢燈→氣體放電燈→LED特殊材料照明 2. 商業照明 1）光源：在白熾燈基礎上發展而來，如：鹵素燈、金滷燈 2）燈具主分2種：聚光、泛光 3. 工業照明 1）光源：氣體放電燈、熒光燈爲主，結合其他燈具燈飾，如防水、防爆、防塵等要求而定製。但需謹慎對待，在光源、燈具選擇上有講究。 2）燈具：主要考慮反射性、照度、維護係數等。目前國內多數企業尚不太重視燈具的選擇。 4. 道路、景觀照明 燈具：與其他照明完全不同，不僅考慮照亮，更要重視應用場景的特殊要求。 1）道路：考慮安全照度、透霧性。 2）景觀：考慮節能、美觀。不需要考慮高照度，而是營造一個照明特色。 燈飾風格分爲4種：歐式、中式、美式、現代。 三、燈具分類 1. 按光源分 1）LED節能燈 命名依據：ANSI/IESNA RP-16-05《照明工程學的命名和定義》：基於LED的發光元件和匹配的驅動器，配光部件、固定和保護髮光元件的部件，將器具連接到分支電路部件的完整照明器具。基於LED的發光元件可能是LED封裝（元件）、LED陣列（模塊）、LED光引擎、LED燈。 LED燈具中的光源可以是：LED陣列、LED模塊、LED燈。 LED燈具與LED光源區別的關鍵點，即前者直接與分支電路連接，而後者不直接與分支電路連接。 2）電子節能燈 - 亮度、壽命>白熾燈。 - 形狀：U形、螺旋形、花瓣形。 - 功率：3W~40W。 - 應用燈具：筒燈、吊燈、吸頂燈。 - 不適合：高溫高溼，如浴室、廚房。 3）太陽能節能燈 以太陽光爲能源，蓄電池儲能，以LED燈爲光源，白天充電晚上用。 4）其他光源 非電光源的運用是未來的發展趨勢。 2. 按使用場所分 1）室內照明燈具 - 小夜燈。可加薰香精油、食醋等。 - 檯燈。分爲2種：立柱式、夾置式。通常使用燈泡：白熾燈、節能燈、護眼燈等。可按使用功能、材質、光源等劃分。 - 吊燈。花樣最多，適於客廳，用於居室的分單頭、多頭吊燈兩種。 - 壁燈、落地燈、吸頂燈、筒燈、射燈、其他室內照明燈具（浴霸、鏡前燈、格柵燈）。 2）室外照明燈具 道路照明燈、隧道燈、草坪燈、地埋燈、庭院燈、景觀燈、其他室外照明燈具（水底燈、護欄燈、交通燈、應急燈）。 3. 按功能分 以照明爲主（室內燈具）、以裝飾美化爲主（如建築外牆裝飾燈）、專門用途（如醫療燈）。 第2章 燈具設計原則與要素 強調環保、安全、美觀的重要性。 一、燈具設計定義 國際照明協會（CIE）對燈具定義：對從1個/多個光源發出的光線進行重新分配、濾光或轉換。包含：燈泡、固定和保護燈泡所必備的元件，連接燈泡和供電線路的輔助電路設備等。 燈具設計：在用途、經濟、工藝材料、生產製作等條件制約下，製成燈具圖樣方案的總稱。 完整燈具結構：光學部分（反射器，折射器、透鏡、遮光器）、電氣部分（光源、鎮流器、觸發器、熔斷器、電器控制器件）、機械部分（燈體、安裝支架）。 燈具設計內涵： 1. 需要考慮的基本因素：光學因素、機械因素、熱學因素、安全因素。 2. 常用輔助軟件歸屬分類：電氣設計、光學設計、造型設計、結構設計、散熱設計。 3. 設計師應具備的知識：光學、數學，進行光源二次配光設計，瞭解常用燈具材料光學特性，軟件建模，燈具加工工藝。 二、燈具設計原則 節能環保（LED=1/10白熾燈，1/2熒光燈管）、健康安全（綠色光源，LED直流驅動，沒有頻閃）、藝術趣味、人性和諧（燈具最高境界是“無影燈”）、科技時尚（LED多色性、反應快速） 三、燈具設計要素 1. 光源：色溫（黑體加熱後，顏色：紅→淺紅→橙黃→白→藍白→藍）、顯色指數Ra、光通量lm、光效lm/W、平均壽命（額定壽命）、光強cd、照度lx(lm/m2)、亮度cd/m2、光束角、光環境。 2. 功能：照明功能、環境裝飾功能（有形裝飾）。 3. 形態：認識形態、形態的塑造。 4. 色彩：光源顏色，燈具形態的色彩（形態、色彩、材質質感。色彩的感覺、溫度感、距離感、重量感、運動感、面積感、聯想、象徵性）。 5. 結構。 四、燈具的材料與工藝 1. 燈具常用材料：木材、石材、陶瓷、塑料、金屬等。 主要分爲天然材料（竹、木、藤、麻、石材、皮革）和人工材料（玻璃、有機玻璃、紙張、塑料、金屬、合成材料）。 常用燈具材料：銅、不鏽鋼、鋁合金、有機玻璃（澆鑄成型、注塑成型、擠出成型、熱成型）、木材、羊皮紙、玻璃、琉璃、水晶、其他材料。 2. 燈具常用加工工藝：卷→折→焊接→拋光、打磨。 五、燈具設計流程 注意：燈具設計不是燈罩設計。 燈具設計流程：設計任務書→設計方案→光學設計→造型創意設計→工程結構設計→樣品製作→燈具檢測 第3章 燈具光學設計 結合理工科與藝術類知識，探討了光學設計基礎、形式美法則、多樣化設計方法，通過案例展示創新燈具設計的應用。 一、燈具光度學概述 1. 光度學常用基本概念 1）光波：本質上，光與一般無線電波無區別，是一種電磁波。人眼可見波長：400-760nm。 2）光源：=發光體，輻射光能的物體。 3）輻射能和光 輻射能通量=輻射功率，符號P，單位W。光，電磁輻射波譜中的一部分。 4）立體角。幾何光學中，用平面圖形討論的角度爲平面角，但光能在一個立體的錐角範圍內傳播，所以用立體角表示角度。 5）發光強度：某一方向，單位立體角內所輻射的光通量值，字符l，單位cd。 6）光照度及其單位：單位面積上所接收的光通量大小，字符E，單位lm/m2，爲發出光通量。 7）光出射度：從一發光表面的單位面積上發出的光通量，字符M，單位lm/m2，爲接受光通量。 8）光亮度：=亮度，在發光表面上取一塊微面積dS，字符L，單位cd/m2。 9）餘弦輻射體：輻射功率隨觀測角度的餘弦的變化而變化的輻射體，單位cd/m2。 10）常用光通量和輻通量單位及其相互關係。 2. 常用的光學定律 光的直線傳播定律、光的獨立傳播定律、光線經過兩種均勻介質分界面的傳播規律——折射定律和反射定律、光路的可逆性、全反射、朗伯定律或理想漫射面的餘弦定則、照度的平方反比定律、照度的餘弦定律。 3. 分佈光度座標與配光曲線 燈具光度學中常用的空間座標系、燈具座標系統的表述、配光曲線、配光曲線的表示方法（3種：極座標法、直角座標法、等光強曲線）、配光曲線的利用、配光曲線的標準格式（北美、英國、德國、國際照明協會） 二、燈具的配光與照明 光通比與距高比、照度的基本計算方法、利用係數、單位容量法（又稱簡化版利用係數法）。 三、反射器、折射器與螺紋透鏡的設計 光控元件：燈具中常用的光學器件有反射器件、折射器件、漫射器件、濾光器件、屏蔽器件。 * 燈具反射器設計 1. 3種基本反射器——定向反射、散反射、漫反射。 2. 反射器材料：不同鋁材在燈具中的使用效果也不相同，常用鏡面材料-鋁面、高純鋁、銀面。 3. 外形各異的反射器件：平面、拋物線、不規則反射器。 4. 反射器的設計：關鍵在於設計出母線輪廓。 * 燈具折射器設計 1. 折射器：控光元件中的設備，材料通常是玻璃、塑料。 2. 常見類型：凸透鏡-雙凸、平凸、凹凸。 3. 菲涅爾透鏡：=螺紋透鏡，作用：聚焦、劃分探測區爲若干明區、暗區。 4. 菲涅爾透鏡的光路 5. 設計步驟：確定參數關鍵→平面光線追蹤→確定每環邊緣點高度→計算每環球心位置及曲率半徑→ 計算每環透鏡的中心厚度→ 路計算，進行校驗。 * 燈具遮光器件設計 眩光、燈具遮光裝置（擋板和百葉、遮光角、內置格柵）。 第4章 燈具造型設計 光學+造型設計。 1. 燈具安裝及操作方式設計 1）燈具安裝方式：固定式、移動式、嵌入式燈具。 2）燈具的操作方式：人機操作指示、燈光照明控制（開關）控制方式（按壓式、亮度可調式、遙控式、拉線式、觸摸感應式）。 2. 燈具造型設計中的形式美法則 對比與調和、比例與尺度、節奏與韻律、穩定與輕巧。 3. 燈具造型設計方法 仿生-向自然借智慧、演繹-學習經典、搭積木-幾何化設計、提煉-向傳統文化學習、自由創作-體驗生活。 第5章 LED燈具設計 聚焦於標準、散熱、光學設計、效率提升，展示了現代照明技術的最新趨勢。 1. 國際和國內LED燈具相關標準簡介 2. LED燈具的散熱解決方案 - 熱源。LED燈具所產生的熱量主要有兩個來源：1）LED光源在工作過程中PN結的溫升。2）LED驅動電路中的功率器件所散發出來的熱量。 - 散熱方案。1）選用散熱性能優良的LED光源。2）優化LED驅動電路設計，減少電氣系統產生的熱量。3）加裝散熱器是目前普遍採用的主要散熱方式。4）驅動電源與LED燈體分離。5）印製電路板（PCB）散熱設計。6）採用溫度控制電路來限制LED燈的溫升。LED本身和LED燈具的散熱一直是人們研究的熱點。 3. LED光源模塊設計 照明用LED燈一般採用模塊（或模組）的形式。1）LED陣列連接形式——串聯、並聯、混聯和交叉陣列4種形式。2）LED陣列需要解決LED的參數匹配問題。3）串聯連接LED的保護。4）LED光源模塊封裝散熱考慮。 4. LED燈具的二次光學設計 二次是針對一次而言。LED的一次光學設計以封裝材料的形狀入手，來設法提高LED的出光效率。一次光學系統=LED 的封裝樹脂透鏡+ 內部的反射器+etc。LED的一次光學設計主分爲3種：折射式、反射式、折反射式。二次光學設計是爲了提高燈具的有效光利用率而進行的設計，主分爲散射、聚光、兩者混合型。 5. 提高LED燈具效率和照明系統光效的途徑 1）LED燈具的照度計算。2）光源光效、燈具效率、光利用率和照明系統光效。3）提高LED燈具效率和照明系統光效的途徑。 - 提高LED燈具效率的方法——優化散熱設計、選用透光率高的透鏡、優化LED光源在燈具內部的排列方式。 - 提高LED照明系統光效的途徑——提高LED光源的光效、選擇適當的LED照明電源拓撲結構、通過合理的燈具結構和光學設計。 第6章 燈具檢測 提供實用檢測標準和項目。 1. 燈具檢測常用標準 CIE（國際照明委員會）標準、推薦性國家標準、強制性國家標準、路燈標準、CQC技術規範、IEC（國際電工委員會）標準、IESNA（北美照明學會）標準、ANSI（美國國家標準）標準、ENERGY STAR（能源之星）標準、電池兼容標準、其他標準。 2. 燈具檢測項目 燈具檢測是檢測單位依據燈具檢測標準，指針對燈具生產廠家的規範成品，檢驗其在生產過程中的加工方法、質量等級、性能參數等項目，並提供專業的檢測報告。 包括：燈具電氣性能測試、燈具光學測試、燈具造型指標測試、燈具可靠性測試（高溫試驗、高溫高壓衝擊啓動試驗、低溫試驗、低溫高壓衝擊啓動試驗、振動試驗、燈具使用壽命試驗、老化試驗）。 3. 燈具檢測項目中的常用設備 跌落實驗設備、鹽水噴霧試驗機、振動試驗機、耐水試驗機、耐塵試驗機、高溫儲存測試設備、恆溫恆溼試驗機、冷熱衝擊試驗儀。 第7章 典型燈具產品組裝與工程施工 介紹燈具組裝和工程案例，強調實際操作技能。 一、燈具組裝工具、儀器與施工材料 燈具組裝工具 1）螺釘旋具：普通螺釘旋具、組合型螺釘旋具、電動螺釘旋具 2）鉗子：鋼絲鉗、尖嘴鉗、剝線鉗、斜口鉗、網線鉗 3）電烙鐵：內熱式、外熱式 4）打燈頭機：手動、自動 5）扳手：鉤形、套筒、內六角、活動 燈具組裝儀器 萬用表（指針式、數字）、搖表、鉗表、試電筆、示波器。 常用材料 導線、松香、焊錫、熱縮套管、黃蠟管、護套線、線槽。 二、LED照明燈具簡介 分類：LED射燈——MR16射燈（直插式，多面反射），E27/GU10射燈，PAR燈（大功率光源），LED球泡燈、筒燈、天花燈，LED熒光燈，光纖燈，LED檯燈。 三、LED照明燈具組裝 市面上的LED射燈大部分以MR16爲主，該節主要以MR16，1W射燈的組裝爲例。 1. MR16燈杯所有配件 MR16電源、外殼、燈蓋、反光杯、MR16燈頭、透鏡、1W大功率LED、電源引線、鋁基板。 2. MR16射燈的組裝流程 外觀檢查→ 鋁基板塗導熱硅脂→鋁基板上焊接LED→ 基板焊接兩條電源引線→ 外殼打膠及固定鋁基板→ 引線與電源連接→ 燈頭打189膠→ 將電源引腳針插進燈頭→ 點亮測試→ 固定燈頭→ 裝反光杯、透鏡、燈蓋→ 固定燈蓋與通電檢驗→檢驗。 四、道路照明方案設計 * 道路照明 - 功能：提高道路通行能力、保障交通安全、美化市容。 - 分類：快速路、主幹路、次幹路、支路、居住區道路。 - 評價指標：照明亮度、照明均勻度、眩光限制、道路照明的誘導性。 * 人行道路照明的評價指標 平均水平照度、半柱面照度、眩光限制、立體感。 五、景觀照明的規劃設計 1. 景觀照明設計 1）景觀照明規劃設計要點：照度標準、照明方式的確定、景觀照明燈具的選擇、景觀照明設計中燈具節能措施。 2）景觀照明規劃設計的步驟：環境分析、形象構思、現場勘查、特殊部位的照明實驗、確定設計標準、確定燈位、照明器具的選擇、防雷設計。 2. 景觀照明燈具應用與燈具簡介 1）地面燈具：LED地埋燈，LED地磚燈、LED牆磚燈。 2）線性發光燈具：LED燈帶、LED彩虹管、LED柔性霓虹管。 3-10）LED護欄燈、LED數碼管、水下燈（水底燈）、草坪燈、景觀燈、射牆燈、投光燈、庭院燈。

面面俱到，都講了，都沒講。作者應該是光學設計方面的

這夲LED燈具設計書寫的太詳細了，如果是彩圖就更完美了