智能LED照明系統設計流程探討
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一、LED 照明顆粒原理及特點(diǎn)
LED 即發(fā)光二極管，是一種固態(tài)的半導體器件，它可以直接把電轉化為光。LED 的核心結構是一個(gè)半導體的晶片，晶片的一端附在支架上，一端為負極，另一端連接電源的正極，并將整個(gè)晶片用環(huán)氧樹(shù)脂（ 膠） 封裝起來(lái)。
圖3 LED 結構示意圖
LED 結構如圖3 所示，基本結構包括： 環(huán)氧樹(shù)脂、晶片、金線(xiàn)、銀膠及支架。環(huán)氧樹(shù)脂的作用是保護LED 的內部結構，添加不同材料或塑造形狀可改變LED 發(fā)光二極管的發(fā)光顏色、亮度及角度。晶片是LED 的主要組成材料，半導體晶片由兩部分組成： 一部分是P 型半導體，在它里面空穴占主導地位； 另一部分是N 型半導體，在此處主要是電子。
當這兩種半導體連接起來(lái)的時(shí)候，它們之間就形成一個(gè)“P － N 結”。當電流通過(guò)導線(xiàn)作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，電子就會(huì )被推向P 區，在P 區里電子跟空穴復合，然后就會(huì )以光子的形式發(fā)出能量，而光的波長(cháng)也就是光的顏色是由形成“P － N 結”的材料決定的。LED 中金線(xiàn)用于連接晶片焊墊（ PAD） 與支架，并使其能夠導通； 銀膠起到固定晶片和導電作用； 支架是由支架素材經(jīng)過(guò)電鍍而形成
LED 相對于白熾燈、熒光燈等傳統光源的優(yōu)勢不僅體現在發(fā)光質(zhì)量方面，在其生產(chǎn)、制造及易用性方面都大大得到改善。相對于老一代發(fā)光設備，LED 的特點(diǎn)主要體現在以下幾個(gè)方面： 1） LED 為環(huán)氧樹(shù)脂包裹結構，同時(shí)元器件封裝體積一般較小，無(wú)需考慮將燈管內部空氣抽取再注入惰性氣體，因此在抗振動(dòng)、抗沖擊性方面具有良好的性能，為生產(chǎn)、運輸及安裝等各個(gè)環(huán)節提供便利。 2） LED 的光線(xiàn)能量集中度高，指向性好，集中在較小的波長(cháng)窗口內，純度高，亮度衰減比傳統光源低很多。 3） LED 器件屬于固體冷光源，由于環(huán)氧樹(shù)脂封裝使得燈體內部沒(méi)有易于松動(dòng)的結構，不存在燈絲發(fā)光易燒毀、熱沉積等缺點(diǎn)，普遍使用壽命在5 萬(wàn)～ 10 萬(wàn)h 之間，即使頻繁開(kāi)關(guān)也不會(huì )影響到使用壽命。 4） LED 在生產(chǎn)過(guò)程中不添加“汞”，廢棄物可回收，光譜中沒(méi)有紫外線(xiàn)和紅外線(xiàn)，熱量低并且無(wú)頻閃、無(wú)輻射，可以安全觸摸，屬于典型的綠色照明光源。 5） LED 響應時(shí)間非?？?，在微秒級別。 6） LED 使用低壓直流電源即可驅動(dòng)，超低功耗（ 單管功率為0. 03 ～ 1 W） ，對使用環(huán)境要求較低。 7） LED 可利用紅、綠及藍三基色原理，在計算機技術(shù)控制下使三種顏色具有256 級灰度并任意混合，即可產(chǎn)生16 777 216 種顏色，形成不同光色的組合，實(shí)現豐富多彩的動(dòng)態(tài)變化效果及各種圖像。 LED 照明系統設計的基本流程以及注意事項有以下幾點(diǎn)。 ?。?1） 結合應用環(huán)境確認照明需求 由于現存的大部分照明燈飾基本都屬于傳統光源的范疇，如果全部將其丟棄而搭建全新的LED 照明系統將會(huì )是極大的浪費，因此客觀(guān)地分析現存燈飾的光學(xué)結構，結合LED 的照明特點(diǎn)以及實(shí)際應用成本考慮是否替換或改進(jìn)。 部分傳統光源采用經(jīng)燈罩內部反射后再投射到路面的光學(xué)照明結構，這種結構源于傳統光源屬于全指向性光源，這樣在其燈罩內部會(huì )造成不同程度的光學(xué)效率軟降低，使用指向性較好的LED 光源就可以避免此類(lèi)問(wèn)題的發(fā)生。將反射體設計、光學(xué)透鏡設計、高可靠的LED 電源設計及野外防雷電感應等關(guān)鍵環(huán)節納入到照明需求論證方案中進(jìn)行論證。 ?。?2） 分析系統指標得出設計目標 在確認照明需求的前提下，計算總體光照需求以及配套設備（ 燈桿、燈頭以及太陽(yáng)能光伏系統等） 的功耗，根據分析所得的環(huán)境參數選擇驅動(dòng)、控制器件等級、殼體材料硬度以及柔韌度等參數。
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