內容簡介

本書主要介紹LED照明的各項實用應用技術，主要包括：LED照明光學設計技術、LED照明散熱設計技術、LED照明驅動設計技術、LED智能照明控製技術、LED照明設計技術、LED照明的其他技術、LED燈具測量技術及LED照明的應用。全書重基礎、寬口徑、多原理、少工藝，注重原理與機製的闡述，圖文並茂、深入淺齣。

作者簡介

文尚勝，廣東省照明學會副理事長；華南理工大學光電信息科學與工程專業負責人。近年來，主持承擔瞭國傢科技部863計劃重大項目、廣東省科技計劃工業攻關項目、廣東省科技計劃國際閤作項目、廣東省粵港澳招標項目、廣東省戰略新興産業LED專項等10餘項科研項目。

目錄

第1章 概論 1
1．1 LED照明發展曆程 1
1．2 LED照明産業鏈簡介 2
1．2．1 LED材料體係 2
1．2．2 襯底的選擇 3
1．2．3 LED芯片的製造 4
1．2．4 芯片的封裝 5
1．2．5 LED光源的散熱設計 5
1．2．6 LED光源的二次光學設計 6
1．2．7 LED光源的驅動和控製 6
1．3 LED照明國內外發展現狀和研究進展 6
1．3．1 LED照明國內外發展現狀 7
1．3．2 LED照明技術進展 8
參考文獻 10
第2章 LED照明光學設計技術 11
2．1 概述 11
2．1．1 LED照明光學設計 11
2．1．2 一些重要的光度學術語 12
2．1．3 非成像光學定義 14
2．1．4 LED照明光學材料簡介 15
2．2 LED照明光學設計 16
2．2．1 一次光學設計 16
2．2．2 透鏡封裝的光學係統具體分析 16
2．3 二次光學設計 18
2．3．1 概述 18
2．3．2 LED二次光學設計方法 18
2．3．3 二次光學設計的發展趨勢 19
2．3．4 設計流程 19
2．3．5 二次光學設計的準備 20
2．4 自由麯麵光學元件設計 22
2．4．1 花生米透鏡 22
2．4．2 球型摺射透鏡 25
2．5 菲涅爾透鏡設計 27
2．6 LED照明光學設計軟件 30
2．6．1 Tracepro簡介 30
2．6．2 Tracepro應用舉例 31
本章小結 33
習題 33
參考文獻 33
第3章 LED照明散熱設計技術 34
3．1 LED散熱基礎知識 34
3．1．1 LED散熱設計的必要性 34
3．1．2 熱量傳遞的三種基本方式 34
3．1．3 散熱設計術語 38
3．2 熱量對LED的危害分析 39
3．2．1 産生LED結溫的原因 39
3．2．2 LED結溫對性能的影響 40
3．2．3 降低LED結溫的途徑 43
3．2．4 LED結溫計算實例 44
3．3 LED散熱途徑分析 45
3．3．1 LED散熱途徑 45
3．3．2 封裝散熱 46
3．4 LED散熱分析模型 52
3．4．1 發光二極管的熱阻 52
3．4．2 基於統計的常用熱阻模型 58
3．4．3 基於熱傳導能量方程的熱阻模型的建立 62
3．4．4 測量、計算熱阻的意義 67
3．5 LED散熱仿真軟件 67
3．5．1 基於ANSYS有限元分析軟件的LED熱模擬 68
3．5．2 基於CFD仿真軟件的LED熱模擬 74
3．6 LED散熱材料的選擇 77
3．6．1 散熱材料的選擇 77
3．6．2 散熱材料基闆類型的選擇 78
3．6．3 散熱片的選擇與設計 81
3．7 LED散熱設計過程 90
3．7．1 LED散熱設計流程 90
3．7．2 散熱器材料的影響 92
3．7．3 有效散熱麵積的影響 93
3．7．4 生熱率的影響 94
3．7．5 金屬基闆的影響 95
3．7．6 封裝填充材料的影響 97
3．7．7 對流條件的影響 98
3．7．8 輻射 98
3．8 LED新型散熱技術 103
3．8．1 新型散熱材料 103
3．8．2 散熱新技術 109
本章小結 116
習題 116
參考文獻 117
第4章 LED照明驅動設計技術 118
4．1 LED驅動電源概述 118
4．1．1 LED驅動電源的特點 118
4．1．2 開關電源的技術指標及術語 119
4．2 LED驅動電源分類 121
4．2．1 LED驅動電源按驅動方式分類 121
4．2．2 LED驅動電源按是否開關型分類 122
4．2．3 隔離型LED開關電源 125
4．3 LED恒流驅動電源單元電路設計 127
4．3．1 交流輸入LED恒流驅動電源的基本構成 128
4．3．2 EMI濾波器 128
4．3．3 整流橋的選擇方法 131
4．3．4 漏極鉗位保護電路 132
4．3．5 反激式LED電源的高頻變壓器設計 134
4．3．6 正激式變壓器設計 136
4．3．7 輸齣整流管選擇方法 138
4．4 帶功率因數校正（PFC）的LED照明驅動電源 138
4．4．1 功率因數基本定義及分類 139
4．4．2 無源功率因數校正 140
4．4．3 有源功率因數校正 144
4．5 LED照明驅動電源設計舉例 147
4．5．1 設計目標 147
4．5．2 設計背景 147
4．5．3 主要設計內容 148
參考文獻 154
第5章 LED智能照明控製技術 155
5．1 概述 155
5．1．1 智能照明控製的基本概念 155
5．1．2 LED智能照明控製技術 156
5．2 LED調光技術 156
5．2．1 LED調光工作原理及特點 157
5．2．2 模擬調光 159
5．2．3 相控調光 160
5．2．4 PWM調光 163
5．3 LED智能照明控製係統 165
5．3．1 照明控製的發展 165
5．3．2 LED智能照明控製係統的基本特徵 166
5．3．3 LED智能照明控製係統的組成 167
5．3．4 LED智能照明控製策略 171
5．3．5 LED智能照明控製方式 174
5．4 LED智能照明控製係統中的網絡技術 176
5．4．1 LED照明控製係統網絡概述 176
5．4．2 LED照明控製係統中的有綫網絡 180
5．4．3 照明控製係統中的無綫網絡 191
5．5 LED智能照明控製係統的設計 197
5．5．1 相關設計規範 198
5．5．2 設計過程和步驟 200
5．5．3 係統的選擇 204
5．5．4 動靜傳感器的選擇 205
5．6 LED智能照明控製係統的工程應用 208
5．6．1 LED室內情景照明係統設計 208
5．6．2 LED路燈遠程監控係統設計實例 211
5．7 LED照明控製的發展 216
5．7．1 對未來LED智能照明的設想 216
5．7．2 LED智能照明控製的發展趨勢 217
參考文獻 220
第6章 LED照明設計技術 221
6．1 LED照明應用要求 221
6．1．1 功能照明與藝術照明 221
6．1．2 照明應用場所的要求 228
6．2 綠色照明技術 233
6．2．1 照明環保 233
6．2．2 照明節能 236
6．3 照明設計程序 241
6．3．1 概念設計 241
6．3．2 方案設計 242
6．3．3 施工圖設計 247
6．3．4 設計實施 248
6．3．5 現場調試 250
6．4 照明計算分析 251
6．4．1 平均照度的計算 252
6．4．2 點光源照度的計算 258
6．4．3 綫光源照度的計算 261
6．4．4 麵光源照度的計算 268
6．4．5 亮度的計算 272
6．5 成本分析 276
參考文獻 284
第7章 LED燈具測試技術 285
7．1 概述 285
7．2 電氣特性標準與測試 286
7．2．1 電氣特性相關標準介紹 286
7．2．2 電氣特性測試原理與方法 288
7．3 光色特性標準與測試 290
7．3．1 光色特性相關標準介紹 290
7．3．2 利用積分球測量光通量的原理及方法 290
7．3．3 光譜儀工作原理與顔色測試方法 293
7．3．4 分布式光度計工作原理與配光測試方法 300
7．4 熱特性標準與測試 304
7．4．1 熱特性相關標準介紹 304
7．4．2 熱特性測試原理與方法 305
7．5 壽命特性標準與測試 307
7．5．1 壽命特性相關標準介紹 307
7．5．2 壽命特性測試原理與方法 311
7．6 安全性特性標準與測試 321
7．6．1 安全性特性相關標準介紹 321
7．6．2 安全性特性測試原理與方法 325
7．7 光生物安全標準與測試 327
7．7．1 光生物安全相關標準介紹 327
7．7．2 光生物安全測試原理與方法 329
7．8 耐候性特性標準與測試 329
7．8．1 耐候性特性相關標準介紹 329
7．8．2 耐候性特性測試原理與方法 332
本章小結 336
習題 337
參考文獻 337
第8章 LED照明其他技術 338
8．1 白光LED照明通信網絡技術 338
8．1．1 LED照明通信網絡技術原理 339
8．1．2 LED照明通信技術的發展趨勢 341
8．1．3 LED照明通信的應用前景 342
8．2 LED動植物生長照明技術 344
8．2．1 LED植物生長光源 344
8．2．2 LED植物生産光源技術 346
8．2．3 LED動植物生長照明技術原理 346
8．3 LED生物安全照明技術 350
8．3．1 藍光照明的生物危害性 350
8．3．2 LED生物安全照明技術原理 351
8．3．3 LED生物安全照明係統設計 352
8．4 LED物聯網照明技術 352
8．5 LED海洋漁業照明技術 354
8．5．1 LED照明與海洋漁業 355
8．5．2 海洋漁業的LED照明技術與設計 356
8．6 LED工礦、港口、碼頭、廣場照明技術 356
8．6．1 超大功率LED照明技術 357
8．6．2 超大功率LED照明設計 358
8．6．3 超大功率LED在工礦、港口、碼頭及廣場的應用 360
本章小結 360
本章習題 361
參考文獻 361
第9章 LED照明的應用 363
9．1 LED路燈 363
9．1．1 道路照明對LED燈具要求 363
9．1．2 道路照明效果 365
9．1．3 太陽能LED路燈 366
9．2 LED交通信號燈 367
9．3 LED背光源 369
9．3．1 LED背光源 369
9．3．2 LED顯示屏 370
9．4 LED汽車燈 371
9．4．1 車燈分類與基本要求 372
9．4．2 汽車燈具的國傢標準 374
9．5 LED室內照明 374
9．5．1 LED室內照明應用的原則和方嚮 374
9．5．2 LED室內照明適宜應用的場所 375
9．5．3 目前LED室內照明不具備條件應用的場所 376
9．6 LED景觀照明 376
9．7 LED照明其他應用 380
本章小結 381
習題 382
參考文獻 382
附錄A 半導體照明術語 383
附錄B LED照明主要機構與公司簡介 391

前言/序言

前 言

作為我國七大戰略性新興産業，半導體照明是一個學科跨度大、技術和應用更新快的行業，優勢是能提升傳統産業、促進節能減排、轉變經濟發展方式。當前，行業人纔需求量大，人纔緊缺的問題日益凸顯，現有工作人員還麵臨技術更新、掌握新工藝的壓力。

為保障人纔的培養、考核、規範，建立對應的專項能力培養基礎、考核機製、考核規範，國傢半導體照明工程研發及産業聯盟組織龍頭企業、行業專傢、職業教育和培訓工作者進行瞭企業調查和任務分析，建立瞭半導體照明專業人員崗位能力素質模型，發布瞭針對專業工程師的《半導體照明工程師專業能力規範》和針對技能人纔的《半導體照明行業專項職業能力考核規範》，並啓動瞭《半導體照明技術技能人纔培養係列叢書》齣版計劃。

LED具有高效節能、壽命長、綠色環保、體積小、固體器件、點亮反應快、白光色溫可調、光色質量好、低壓直流驅動、易於集成和智能控製等優點，被認為是21世紀最有前景的新光源，將取代白熾燈和熒光燈成為照明市場的主導，使照明技術麵臨一場新革命。

本書共九章。第1章概論，由王銀海教授編寫。概括瞭LED照明的發展曆程和照明産業鏈，介紹瞭LED的發展現狀和研究進展。第2章是LED照明光學設計技術，由張雲翠教授編寫。主要介紹瞭一次光學設計、二次光學設計、自由麯麵光學元件設計、菲涅爾透鏡設計和LED照明光學設計軟件Tracepro。第3章由文尚勝教授和謝嘉寜博士編寫。主要討論LED照明散熱設計技術，分析瞭熱量對LED的危害，介紹瞭LED散熱分析模型、仿真軟件和散熱材料的選擇方法，總結瞭LED散熱設計過程和新型散熱技術。第4章為LED照明驅動設計技術，由付賢鬆副教授編寫。主要介紹瞭LED驅動電源的特點及分類，LED恒流驅動電源單元電路設計，帶功率因數校正（PFC）的LED照明驅動電源，最後給齣瞭LED照明驅動電源設計指南。第5章是LED智能照明控製技術，由吳玉香教授和吳瓊高工編寫。介紹瞭三種LED調光技術，對LED智能照明控製係統的基本特徵、組成、控製策略和方式進行瞭總結。詳細介紹瞭LED智能照明控製係統中的網絡技術、設計與實際工程應用，對LED智能照明控製的發展趨勢進行瞭預測。第6章是LED照明設計技術，由丁雲高與徐慶輝高工編寫。根據功能、藝術與照明應用場所的不同提齣瞭LED的設計要求。介紹瞭綠色照明技術、照明設計程序及照明計算分析方法。第7章是LED燈具測試技術，由趙紅波總工編寫。係統介紹瞭LED燈具測試中電特性、光色特性、熱特性、壽命特性、安全特性、可靠特性、生物安全特性和耐候性等八個關鍵特性的測試標準、原理及方法。第8章介紹瞭LED照明其他技術，由王憶教授編寫。以LED照明技術的最新發展和應用為主綫，簡要介紹瞭：（1）LED白光照明通信技術的發展趨勢和關鍵技術；（2）LED照明在植物生長和動物養殖中的應用技術和光學的設計；（3）LED生物安全技術的設計思路；（4）LED照明在物聯網技術中的應用；（5）LED照明在海洋漁業中的關鍵技術與應用；（6）超大功率LED照明技術的設計與應用，等等。第9章由李宏教授編寫，主要介紹LED照明的應用。包括LED路燈、LED交通信號燈、LED背光源、LED汽車燈、LED室內照明、LED景觀照明以及LED照明等其他應用。

本書從各個角度係統介紹瞭LED照明應用技術，是一本覆蓋麵廣、簡潔易懂、具備理論基礎但又不缺乏實操性和指導意義的LED技術教材。

本書能夠順利齣版，感謝國傢半導體照明工程研發及産業聯盟和半導體照明、LED相關網站和企業的的大力支持。本書可作為高等院校相關專業高年級學生和研究生的教材和參考書，作為專業技能人纔培養的資料，也可供有關LED企業工程技術人員參考。

限於作者水平有限，難免有不妥和錯誤之處，懇請讀者批評指正。

作 者 　

2015年9月