LED灯具设计

LED灯具设计 本书以现代灯具设计为核心，作者以7章讲述了从基础概念→高级应用的多方面内容，强调理论与实践相结合。 第1章 灯具概述 通过对灯具历史、分类和发展趋势的深入分析，奠定了设计实践的理论基础。 一、基本信息 1. 国标文件：GB 7000.1-2007《灯具 第1部分：一般要求与试验》 2. 灯具定义：能分配、透出或转变一个或多个灯发出光线的一种器具，并包括支承、固定和保护灯必需的所有部件（但不包括灯本身），以及必需的电路辅助装置和将它们与电源连接的装置。 3. 早期灯具VS现代灯具 1）早期灯具类似陶制的盛食器“豆”：上盘下座，中间以柱相连。 2）现代灯具：家居、商业、工业、道路、景观、特种照明。 二、现代灯具 1. 家居照明发展 白炽灯→荧光灯→节能灯→卤素灯→卤钨灯→气体放电灯→LED特殊材料照明 2. 商业照明 1）光源：在白炽灯基础上发展而来，如：卤素灯、金卤灯 2）灯具主分2种：聚光、泛光 3. 工业照明 1）光源：气体放电灯、荧光灯为主，结合其他灯具灯饰，如防水、防爆、防尘等要求而定制。但需谨慎对待，在光源、灯具选择上有讲究。 2）灯具：主要考虑反射性、照度、维护系数等。目前国内多数企业尚不太重视灯具的选择。 4. 道路、景观照明 灯具：与其他照明完全不同，不仅考虑照亮，更要重视应用场景的特殊要求。 1）道路：考虑安全照度、透雾性。 2）景观：考虑节能、美观。不需要考虑高照度，而是营造一个照明特色。 灯饰风格分为4种：欧式、中式、美式、现代。 三、灯具分类 1. 按光源分 1）LED节能灯 命名依据：ANSI/IESNA RP-16-05《照明工程学的命名和定义》：基于LED的发光元件和匹配的驱动器，配光部件、固定和保护发光元件的部件，将器具连接到分支电路部件的完整照明器具。基于LED的发光元件可能是LED封装（元件）、LED阵列（模块）、LED光引擎、LED灯。 LED灯具中的光源可以是：LED阵列、LED模块、LED灯。 LED灯具与LED光源区别的关键点，即前者直接与分支电路连接，而后者不直接与分支电路连接。 2）电子节能灯 - 亮度、寿命>白炽灯。 - 形状：U形、螺旋形、花瓣形。 - 功率：3W~40W。 - 应用灯具：筒灯、吊灯、吸顶灯。 - 不适合：高温高湿，如浴室、厨房。 3）太阳能节能灯 以太阳光为能源，蓄电池储能，以LED灯为光源，白天充电晚上用。 4）其他光源 非电光源的运用是未来的发展趋势。 2. 按使用场所分 1）室内照明灯具 - 小夜灯。可加熏香精油、食醋等。 - 台灯。分为2种：立柱式、夹置式。通常使用灯泡：白炽灯、节能灯、护眼灯等。可按使用功能、材质、光源等划分。 - 吊灯。花样最多，适于客厅，用于居室的分单头、多头吊灯两种。 - 壁灯、落地灯、吸顶灯、筒灯、射灯、其他室内照明灯具（浴霸、镜前灯、格栅灯）。 2）室外照明灯具 道路照明灯、隧道灯、草坪灯、地埋灯、庭院灯、景观灯、其他室外照明灯具（水底灯、护栏灯、交通灯、应急灯）。 3. 按功能分 以照明为主（室内灯具）、以装饰美化为主（如建筑外墙装饰灯）、专门用途（如医疗灯）。 第2章 灯具设计原则与要素 强调环保、安全、美观的重要性。 一、灯具设计定义 国际照明协会（CIE）对灯具定义：对从1个/多个光源发出的光线进行重新分配、滤光或转换。包含：灯泡、固定和保护灯泡所必备的元件，连接灯泡和供电线路的辅助电路设备等。 灯具设计：在用途、经济、工艺材料、生产制作等条件制约下，制成灯具图样方案的总称。 完整灯具结构：光学部分（反射器，折射器、透镜、遮光器）、电气部分（光源、镇流器、触发器、熔断器、电器控制器件）、机械部分（灯体、安装支架）。 灯具设计内涵： 1. 需要考虑的基本因素：光学因素、机械因素、热学因素、安全因素。 2. 常用辅助软件归属分类：电气设计、光学设计、造型设计、结构设计、散热设计。 3. 设计师应具备的知识：光学、数学，进行光源二次配光设计，了解常用灯具材料光学特性，软件建模，灯具加工工艺。 二、灯具设计原则 节能环保（LED=1/10白炽灯，1/2荧光灯管）、健康安全（绿色光源，LED直流驱动，没有频闪）、艺术趣味、人性和谐（灯具最高境界是“无影灯”）、科技时尚（LED多色性、反应快速） 三、灯具设计要素 1. 光源：色温（黑体加热后，颜色：红→浅红→橙黄→白→蓝白→蓝）、显色指数Ra、光通量lm、光效lm/W、平均寿命（额定寿命）、光强cd、照度lx(lm/m2)、亮度cd/m2、光束角、光环境。 2. 功能：照明功能、环境装饰功能（有形装饰）。 3. 形态：认识形态、形态的塑造。 4. 色彩：光源颜色，灯具形态的色彩（形态、色彩、材质质感。色彩的感觉、温度感、距离感、重量感、运动感、面积感、联想、象征性）。 5. 结构。 四、灯具的材料与工艺 1. 灯具常用材料：木材、石材、陶瓷、塑料、金属等。 主要分为天然材料（竹、木、藤、麻、石材、皮革）和人工材料（玻璃、有机玻璃、纸张、塑料、金属、合成材料）。 常用灯具材料：铜、不锈钢、铝合金、有机玻璃（浇铸成型、注塑成型、挤出成型、热成型）、木材、羊皮纸、玻璃、琉璃、水晶、其他材料。 2. 灯具常用加工工艺：卷→折→焊接→抛光、打磨。 五、灯具设计流程 注意：灯具设计不是灯罩设计。 灯具设计流程：设计任务书→设计方案→光学设计→造型创意设计→工程结构设计→样品制作→灯具检测 第3章 灯具光学设计 结合理工科与艺术类知识，探讨了光学设计基础、形式美法则、多样化设计方法，通过案例展示创新灯具设计的应用。 一、灯具光度学概述 1. 光度学常用基本概念 1）光波：本质上，光与一般无线电波无区别，是一种电磁波。人眼可见波长：400-760nm。 2）光源：=发光体，辐射光能的物体。 3）辐射能和光 辐射能通量=辐射功率，符号P，单位W。光，电磁辐射波谱中的一部分。 4）立体角。几何光学中，用平面图形讨论的角度为平面角，但光能在一个立体的锥角范围内传播，所以用立体角表示角度。 5）发光强度：某一方向，单位立体角内所辐射的光通量值，字符l，单位cd。 6）光照度及其单位：单位面积上所接收的光通量大小，字符E，单位lm/m2，为发出光通量。 7）光出射度：从一发光表面的单位面积上发出的光通量，字符M，单位lm/m2，为接受光通量。 8）光亮度：=亮度，在发光表面上取一块微面积dS，字符L，单位cd/m2。 9）余弦辐射体：辐射功率随观测角度的余弦的变化而变化的辐射体，单位cd/m2。 10）常用光通量和辐通量单位及其相互关系。 2. 常用的光学定律 光的直线传播定律、光的独立传播定律、光线经过两种均匀介质分界面的传播规律——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余弦定则、照度的平方反比定律、照度的余弦定律。 3. 分布光度坐标与配光曲线 灯具光度学中常用的空间坐标系、灯具坐标系统的表述、配光曲线、配光曲线的表示方法（3种：极坐标法、直角坐标法、等光强曲线）、配光曲线的利用、配光曲线的标准格式（北美、英国、德国、国际照明协会） 二、灯具的配光与照明 光通比与距高比、照度的基本计算方法、利用系数、单位容量法（又称简化版利用系数法）。 三、反射器、折射器与螺纹透镜的设计 光控元件：灯具中常用的光学器件有反射器件、折射器件、漫射器件、滤光器件、屏蔽器件。 * 灯具反射器设计 1. 3种基本反射器——定向反射、散反射、漫反射。 2. 反射器材料：不同铝材在灯具中的使用效果也不相同，常用镜面材料-铝面、高纯铝、银面。 3. 外形各异的反射器件：平面、抛物线、不规则反射器。 4. 反射器的设计：关键在于设计出母线轮廓。 * 灯具折射器设计 1. 折射器：控光元件中的设备，材料通常是玻璃、塑料。 2. 常见类型：凸透镜-双凸、平凸、凹凸。 3. 菲涅尔透镜：=螺纹透镜，作用：聚焦、划分探测区为若干明区、暗区。 4. 菲涅尔透镜的光路 5. 设计步骤：确定参数关键→平面光线追踪→确定每环边缘点高度→计算每环球心位置及曲率半径→ 计算每环透镜的中心厚度→ 路计算，进行校验。 * 灯具遮光器件设计 眩光、灯具遮光装置（挡板和百叶、遮光角、内置格栅）。 第4章 灯具造型设计 光学+造型设计。 1. 灯具安装及操作方式设计 1）灯具安装方式：固定式、移动式、嵌入式灯具。 2）灯具的操作方式：人机操作指示、灯光照明控制（开关）控制方式（按压式、亮度可调式、遥控式、拉线式、触摸感应式）。 2. 灯具造型设计中的形式美法则 对比与调和、比例与尺度、节奏与韵律、稳定与轻巧。 3. 灯具造型设计方法 仿生-向自然借智慧、演绎-学习经典、搭积木-几何化设计、提炼-向传统文化学习、自由创作-体验生活。 第5章 LED灯具设计 聚焦于标准、散热、光学设计、效率提升，展示了现代照明技术的最新趋势。 1. 国际和国内LED灯具相关标准简介 2. LED灯具的散热解决方案 - 热源。LED灯具所产生的热量主要有两个来源：1）LED光源在工作过程中PN结的温升。2）LED驱动电路中的功率器件所散发出来的热量。 - 散热方案。1）选用散热性能优良的LED光源。2）优化LED驱动电路设计，减少电气系统产生的热量。3）加装散热器是目前普遍采用的主要散热方式。4）驱动电源与LED灯体分离。5）印制电路板（PCB）散热设计。6）采用温度控制电路来限制LED灯的温升。LED本身和LED灯具的散热一直是人们研究的热点。 3. LED光源模块设计 照明用LED灯一般采用模块（或模组）的形式。1）LED阵列连接形式——串联、并联、混联和交叉阵列4种形式。2）LED阵列需要解决LED的参数匹配问题。3）串联连接LED的保护。4）LED光源模块封装散热考虑。 4. LED灯具的二次光学设计 二次是针对一次而言。LED的一次光学设计以封装材料的形状入手，来设法提高LED的出光效率。一次光学系统=LED 的封装树脂透镜+ 内部的反射器+etc。LED的一次光学设计主分为3种：折射式、反射式、折反射式。二次光学设计是为了提高灯具的有效光利用率而进行的设计，主分为散射、聚光、两者混合型。 5. 提高LED灯具效率和照明系统光效的途径 1）LED灯具的照度计算。2）光源光效、灯具效率、光利用率和照明系统光效。3）提高LED灯具效率和照明系统光效的途径。 - 提高LED灯具效率的方法——优化散热设计、选用透光率高的透镜、优化LED光源在灯具内部的排列方式。 - 提高LED照明系统光效的途径——提高LED光源的光效、选择适当的LED照明电源拓扑结构、通过合理的灯具结构和光学设计。 第6章 灯具检测 提供实用检测标准和项目。 1. 灯具检测常用标准 CIE（国际照明委员会）标准、推荐性国家标准、强制性国家标准、路灯标准、CQC技术规范、IEC（国际电工委员会）标准、IESNA（北美照明学会）标准、ANSI（美国国家标准）标准、ENERGY STAR（能源之星）标准、电池兼容标准、其他标准。 2. 灯具检测项目 灯具检测是检测单位依据灯具检测标准，指针对灯具生产厂家的规范成品，检验其在生产过程中的加工方法、质量等级、性能参数等项目，并提供专业的检测报告。 包括：灯具电气性能测试、灯具光学测试、灯具造型指标测试、灯具可靠性测试（高温试验、高温高压冲击启动试验、低温试验、低温高压冲击启动试验、振动试验、灯具使用寿命试验、老化试验）。 3. 灯具检测项目中的常用设备 跌落实验设备、盐水喷雾试验机、振动试验机、耐水试验机、耐尘试验机、高温储存测试设备、恒温恒湿试验机、冷热冲击试验仪。 第7章 典型灯具产品组装与工程施工 介绍灯具组装和工程案例，强调实际操作技能。 一、灯具组装工具、仪器与施工材料 灯具组装工具 1）螺钉旋具：普通螺钉旋具、组合型螺钉旋具、电动螺钉旋具 2）钳子：钢丝钳、尖嘴钳、剥线钳、斜口钳、网线钳 3）电烙铁：内热式、外热式 4）打灯头机：手动、自动 5）扳手：钩形、套筒、内六角、活动 灯具组装仪器 万用表（指针式、数字）、摇表、钳表、试电笔、示波器。 常用材料 导线、松香、焊锡、热缩套管、黄蜡管、护套线、线槽。 二、LED照明灯具简介 分类：LED射灯——MR16射灯（直插式，多面反射），E27/GU10射灯，PAR灯（大功率光源），LED球泡灯、筒灯、天花灯，LED荧光灯，光纤灯，LED台灯。 三、LED照明灯具组装 市面上的LED射灯大部分以MR16为主，该节主要以MR16，1W射灯的组装为例。 1. MR16灯杯所有配件 MR16电源、外壳、灯盖、反光杯、MR16灯头、透镜、1W大功率LED、电源引线、铝基板。 2. MR16射灯的组装流程 外观检查→ 铝基板涂导热硅脂→铝基板上焊接LED→ 基板焊接两条电源引线→ 外壳打胶及固定铝基板→ 引线与电源连接→ 灯头打189胶→ 将电源引脚针插进灯头→ 点亮测试→ 固定灯头→ 装反光杯、透镜、灯盖→ 固定灯盖与通电检验→检验。 四、道路照明方案设计 * 道路照明 - 功能：提高道路通行能力、保障交通安全、美化市容。 - 分类：快速路、主干路、次干路、支路、居住区道路。 - 评价指标：照明亮度、照明均匀度、眩光限制、道路照明的诱导性。 * 人行道路照明的评价指标 平均水平照度、半柱面照度、眩光限制、立体感。 五、景观照明的规划设计 1. 景观照明设计 1）景观照明规划设计要点：照度标准、照明方式的确定、景观照明灯具的选择、景观照明设计中灯具节能措施。 2）景观照明规划设计的步骤：环境分析、形象构思、现场勘查、特殊部位的照明实验、确定设计标准、确定灯位、照明器具的选择、防雷设计。 2. 景观照明灯具应用与灯具简介 1）地面灯具：LED地埋灯，LED地砖灯、LED墙砖灯。 2）线性发光灯具：LED灯带、LED彩虹管、LED柔性霓虹管。 3-10）LED护栏灯、LED数码管、水下灯（水底灯）、草坪灯、景观灯、射墙灯、投光灯、庭院灯。

面面俱到，都讲了，都没讲。作者应该是光学设计方面的

这夲LED灯具设计书写的太详细了，如果是彩图就更完美了