LED照明应用技术

本书主要介绍LED照明的各项实用应用技术，主要包括：LED照明光学设计技术、LED照明散热设计技术、LED照明驱动设计技术、LED智能照明控制技术、LED照明设计技术、LED照明的其他技术、LED灯具测量技术及LED照明的应用。全书重基础、宽口径、多原理、少工艺，注重原理与机制的阐述，图文并茂、深入浅出。

第1章 概论 1

1.1 LED照明发展历程 1

1.2 LED照明产业链简介 2

1.2.1 LED材料体系 2

1.2.2 衬底的选择 3

1.2.3 LED芯片的制造 4

1.2.4 芯片的封装 5

1.2.5 LED光源的散热设计 5

1.2.6 LED光源的二次光学设计 6

1.2.7 LED光源的驱动和控制 6

1.3 LED照明国内外发展现状和研究进展 6

1.3.1 LED照明国内外发展现状 7

1.3.2 LED照明技术进展 8

参考文献 10

第2章 LED照明光学设计技术 11

2.1 概述 11

2.1.1 LED照明光学设计 11

2.1.2 一些重要的光度学术语 12

2.1.3 非成像光学定义 14

2.1.4 LED照明光学材料简介 15

2.2 LED照明光学设计 16

2.2.1 一次光学设计 16

2.2.2 透镜封装的光学系统具体分析 16

2.3 二次光学设计 18

2.3.1 概述 18

2.3.2 LED二次光学设计方法 18

2.3.3 二次光学设计的发展趋势 19

2.3.4 设计流程 19

2.3.5 二次光学设计的准备 20

2.4 自由曲面光学元件设计 22

2.4.1 花生米透镜 22

2.4.2 球型折射透镜 25

2.5 菲涅尔透镜设计 27

2.6 LED照明光学设计软件 30

2.6.1 Tracepro简介 30

2.6.2 Tracepro应用举例 31

本章小结 33

习题 33

参考文献 33

第3章 LED照明散热设计技术 34

3.1 LED散热基础知识 34

3.1.1 LED散热设计的必要性 34

3.1.2 热量传递的三种基本方式 34

3.1.3 散热设计术语 38

3.2 热量对LED的危害分析 39

3.2.1 产生LED结温的原因 39

3.2.2 LED结温对性能的影响 40

3.2.3 降低LED结温的途径 43

3.2.4 LED结温计算实例 44

3.3 LED散热途径分析 45

3.3.1 LED散热途径 45

3.3.2 封装散热 46

3.4 LED散热分析模型 52

3.4.1 发光二极管的热阻 52

3.4.2 基于统计的常用热阻模型 58

3.4.3 基于热传导能量方程的热阻模型的建立 62

3.4.4 测量、计算热阻的意义 67

3.5 LED散热仿真软件 67

3.5.1 基于ANSYS有限元分析软件的LED热模拟 68

3.5.2 基于CFD仿真软件的LED热模拟 74

3.6 LED散热材料的选择 77

3.6.1 散热材料的选择 77

3.6.2 散热材料基板类型的选择 78

3.6.3 散热片的选择与设计 81

3.7 LED散热设计过程 90

3.7.1 LED散热设计流程 90

3.7.2 散热器材料的影响 92

3.7.3 有效散热面积的影响 93

3.7.4 生热率的影响 94

3.7.5 金属基板的影响 95

3.7.6 封装填充材料的影响 97

3.7.7 对流条件的影响 98

3.7.8 辐射 98

3.8 LED新型散热技术 103

3.8.1 新型散热材料 103

3.8.2 散热新技术 109

本章小结 116

习题 116

参考文献 117

第4章 LED照明驱动设计技术 118

4.1 LED驱动电源概述 118

4.1.1 LED驱动电源的特点 118

4.1.2 开关电源的技术指标及术语 119

4.2 LED驱动电源分类 121

4.2.1 LED驱动电源按驱动方式分类 121

4.2.2 LED驱动电源按是否开关型分类 122

4.2.3 隔离型LED开关电源 125

4.3 LED恒流驱动电源单元电路设计 127

4.3.1 交流输入LED恒流驱动电源的基本构成 128

4.3.2 EMI滤波器 128

4.3.3 整流桥的选择方法 131

4.3.4 漏极钳位保护电路 132

4.3.5 反激式LED电源的高频变压器设计 134

4.3.6 正激式变压器设计 136

4.3.7 输出整流管选择方法 138

4.4 带功率因数校正（PFC）的LED照明驱动电源 138

4.4.1 功率因数基本定义及分类 139

4.4.2 无源功率因数校正 140

4.4.3 有源功率因数校正 144

4.5 LED照明驱动电源设计举例 147

4.5.1 设计目标 147

4.5.2 设计背景 147

4.5.3 主要设计内容 148

参考文献 154

第5章 LED智能照明控制技术 155

5.1 概述 155

5.1.1 智能照明控制的基本概念 155

5.1.2 LED智能照明控制技术 156

5.2 LED调光技术 156

5.2.1 LED调光工作原理及特点 157

5.2.2 模拟调光 159

5.2.3 相控调光 160

5.2.4 PWM调光 163

5.3 LED智能照明控制系统 165

5.3.1 照明控制的发展 165

5.3.2 LED智能照明控制系统的基本特征 166

5.3.3 LED智能照明控制系统的组成 167

5.3.4 LED智能照明控制策略 171

5.3.5 LED智能照明控制方式 174

5.4 LED智能照明控制系统中的网络技术 176

5.4.1 LED照明控制系统网络概述 176

5.4.2 LED照明控制系统中的有线网络 180

5.4.3 照明控制系统中的无线网络

5.5 LED智能照明控制系统的设计 197

5.5.1 相关设计规范 198

5.5.2 设计过程和步骤 200

5.5.3 系统的选择 204

5.5.4 动静传感器的选择 205

5.6 LED智能照明控制系统的工程应用 208

5.6.1 LED室内情景照明系统设计 208

5.6.2 LED路灯远程监控系统设计实例 211

5.7 LED照明控制的发展 216

5.7.1 对未来LED智能照明的设想 216

5.7.2 LED智能照明控制的发展趋势 217

参考文献 220

第6章 LED照明设计技术 221

6.1 LED照明应用要求 221

6.1.1 功能照明与艺术照明 221

6.1.2 照明应用场所的要求 228

6.2 绿色照明技术 233

6.2.1 照明环保 233

6.2.2 照明节能 236

6.3 照明设计程序 241

6.3.1 概念设计 241

6.3.2 方案设计 242

6.3.3 施工图设计 247

6.3.4 设计实施 248

6.3.5 现场调试 250

6.4 照明计算分析 251

6.4.1 平均照度的计算 252

6.4.2 点光源照度的计算 258

6.4.3 线光源照度的计算 261

6.4.4 面光源照度的计算 268

6.4.5 亮度的计算 272

6.5 成本分析 276

参考文献 284

第7章 LED灯具测试技术 285

7.1 概述 285

7.2 电气特性标准与测试 286

7.2.1 电气特性相关标准介绍 286

7.2.2 电气特性测试原理与方法 288

7.3 光色特性标准与测试 290

7.3.1 光色特性相关标准介绍 290

7.3.2 利用积分球测量光通量的原理及方法 290

7.3.3 光谱仪工作原理与颜色测试方法 293

7.3.4 分布式光度计工作原理与配光测试方法 300

7.4 热特性标准与测试 304

7.4.1 热特性相关标准介绍 304

7.4.2 热特性测试原理与方法 305

7.5 寿命特性标准与测试 307

7.5.1 寿命特性相关标准介绍 307

7.5.2 寿命特性测试原理与方法 311

7.6 安全性特性标准与测试 321

7.6.1 安全性特性相关标准介绍 321

7.6.2 安全性特性测试原理与方法 325

7.7 光生物安全标准与测试 327

7.7.1 光生物安全相关标准介绍 327

7.7.2 光生物安全测试原理与方法 329

7.8 耐候性特性标准与测试 329

7.8.1 耐候性特性相关标准介绍 329

7.8.2 耐候性特性测试原理与方法 332

本章小结 336

习题 337

参考文献 337

第8章 LED照明其他技术 338

8.1 白光LED照明通信网络技术 338

8.1.1 LED照明通信网络技术原理 339

8.1.2 LED照明通信技术的发展趋势 341

8.1.3 LED照明通信的应用前景 342

8.2 LED动植物生长照明技术 344

8.2.1 LED植物生长光源 344

8.2.2 LED植物生产光源技术 346

8.2.3 LED动植物生长照明技术原理 346

8.3 LED生物安全照明技术 350

8.3.1 蓝光照明的生物危害性 350

8.3.2 LED生物安全照明技术原理 351

8.3.3 LED生物安全照明系统设计 352

8.4 LED物联网照明技术 352

8.5 LED海洋渔业照明技术 354

8.5.1 LED照明与海洋渔业 355

8.5.2 海洋渔业的LED照明技术与设计 356

8.6 LED工矿、港口、码头、广场照明技术 356

8.6.1 超大功率LED照明技术 357

8.6.2 超大功率LED照明设计 358

8.6.3 超大功率LED在工矿、港口、码头及广场的应用 360

本章小结 360

本章习题 361

参考文献 361

第9章 LED照明的应用 363

9.1 LED路灯 363

9.1.1 道路照明对LED灯具要求 363

9.1.2 道路照明效果 365

9.1.3 太阳能LED路灯 366

9.2 LED交通信号灯 367

9.3 LED背光源 369

9.3.1 LED背光源 369

9.3.2 LED显示屏 370

9.4 LED汽车灯 371

9.4.1 车灯分类与基本要求 372

9.4.2 汽车灯具的国家标准 374

9.5 LED室内照明 374

9.5.1 LED室内照明应用的原则和方向 374

9.5.2 LED室内照明适宜应用的场所 375

9.5.3 目前LED室内照明不具备条件应用的场所 376

9.6 LED景观照明 376

9.7 LED照明其他应用 380

本章小结 381

习题 382

参考文献 382

附录A 半导体照明术语 383

附录B LED照明主要机构与公司简介 391

《LED照明应用技术》发光二极管（LED）的应用不再局限于商业性标志，目前正以无可争议的优势转向商用和家用照明领域。LED照明技术兴起于20世纪80年代，当时市售LED还不能发出蓝色波长的光，而蓝光LED的发明为LED白光照明的实现开辟了道路。从那时起，LED的性能（包括能量效率）得到显著提高，目前已经赶超了荧光灯，且仍有很大的提升空间。

《LED照明应用技术》首先介绍了LED照明的原理，对面临的问题与挑战进行了讨论；接下来的几章内容介绍了LED制造中的几个关键问题，包括衬底、外延、工艺和封装；随后几章的内容包括LED的光电特性、LED照明、色彩品质的提高；最后详述了OLED（即有机LED）技术，它具有当前照明领域中最吸引入的重要的特殊性能。

2015年6月30日，《LED室内照明应用技术要求》发布。

2016年1月1日，《LED室内照明应用技术要求》实施。

《LED夜景照明应用技术要求》（GB/T 39237-2020）规定了夜景照明用LED灯具的一般要求、规格分类、灯具性能、驱动电源及控制系统等。该标准适用于夜景照明用LED灯具、驱动电源、控制系统及其应用。