球泡燈設計培訓第1頁/共41頁●LED球泡燈設計目標●安規和認證及標準

UL,FCC,CE,EMC,Energy

Star,CCC●行業規則

光效，使用壽命，etc●設計規范電壓，光效，發光角度，CCT,etc.●設計要素▲晶片結構和類型▲COB選型

▲中小功率燈珠選型

▲大功率燈珠選型

▲外殼設計

▲電源設計或選型

▲鋁基板選型

▲光熱機電的統一性（含包裝）●設計軟件

▲Tracepro,Zmax▲EFD,Icepak

▲Protel,DXP

▲AutoCad,ProE,Solidworks●設計實例▲10W球泡燈（SMT）▲10W球泡燈（COB）內容概要●測試標準

▲光效▲老化第2頁/共41頁光源史18001810年代約60年18791900約60年193820001996

蠟燭煤氣燈白熾燈日光燈白色LED白色LED的出現,使照明發生巨大變化!今后LED照明的利用會進一步擴大!約60年●●●▲▲▲▲第3頁/共41頁全球白熾燈禁止時間第4頁/共41頁LED球泡燈設計目標※100盞燈的1年電費比較?！?日使用10小時計算。※電費以1元／KWh計算。命長節能低紫外線低紅外線無水銀CO2低碳白熾燈瓦數1530456075100Lumen/W7.588.59.510.512光通量112.5240282.5570787.51200Co2僅為1/814600Vs182540000Vs3000Hrs600Vs1825第5頁/共41頁安規認證和標準UL:UL1993+UL8750,FCC:PART18;EnergyStarB/4B-Y、

B/5B-YA型IEC60598,Rohs,+PSE日本+CCC中國…….B/4B-Y、

B/5B-YC型CE:EN60061-1,EN60061-3,EN62471,EN60598-1,EN61347;CE-EMC：EN55015,EN61547

B/4B-Y、

B/5B-YB型燈身：鋁,工作環境溫度：-45℃～45℃CE-EMCCE-LVDROHS

產品認證第6頁/共41頁行業規則1W,3W不過是習慣性稱法350mA還是280mA?標稱功率是輸出功率？冷流明和熱流明?初始光通量：10minutes?100Hrs?1000Hrs.CE-EMCCE-LVDROHS

產品認證第7頁/共41頁LED球泡燈設計規范1、燈座（E26/E27/E17/E11等）2、燈珠指定品牌（大功率：Seoul/Cree/Nicha/Edison/Everlight/國產；小功率燈珠：進口/國產）3、初始光效：大于90LM/W（不帶面罩）4、顯示指數（可以采用紅光+白光的方法來提高顯示指數）；5、CCT色溫及誤差；5、光通量維持率（2000H，95%以上；5000H，90%以上）；6、壽命（光通量維持率在70%時的有效時間）；7、性價比（成本與性能）8、LED燈泡材料組成：燈頭+散熱片+（塑膠連接件）+PCB+LED+LED驅動9、電源效率、功率因數、輸入電壓、輸出電壓電流10、用戶所在國家或地區第8頁/共41頁設計要素CE-EMCCE-LVDROHS

產品認證第9頁/共41頁封裝結構GaN基芯片封裝

正裝：p、n電極在LED的同一側，電流須橫向流過n-GaN層，導致電流擁擠，局部發熱量高，限制了驅動電流；其次，由于藍寶石襯底的導熱性差，嚴重的阻礙了熱量的散失。

Flipchip:仍然是橫向結構，電流擁擠的現象還是存在。垂直結構：可以有效解決正裝結構LED的兩個問題，垂直結構GaN基LED采用高熱導率的襯底（Si、Ge、Cu、DLC等襯底）取代藍寶石襯底。

第10頁/共41頁COB設計和制作CE-EMCCE-LVDROHS

產品認證第11頁/共41頁SMT選型第12頁/共41頁外殼設計根據各層熱阻，可以大體估計結構是否合理。第13頁/共41頁外殼設計鋁擠壓技術一般常用的鋁擠型材料為AL6063，其具有良好熱傳導率(約200W/m.K)與加工性。優缺點：易加工，成本低，技術成熟。缺點是安裝受限較多，易變形。注：未經氧化處理的鋁易自然腐蝕，導致導熱率下降。鋁壓鑄技術一般常用的壓鑄型鋁合金為ADC12，適用于做薄鑄件，但熱傳導率較差(約96W/m.K)。優缺點：可進行一體化無隙設計，防水效果較好。缺點是模具費用較高，散熱效果一般，燈體較笨重。第14頁/共41頁外殼設計＊總體散熱表面積（P/h*(Ti-Tj),基本>60平方厘米/W）＊材料（鋁擠AL6063，壓鑄ADC12,finAA1050)＊底板厚度(一般需>4mm，T=7xlogW-6(min2mm)）＊鰭片形狀＊鰭片厚度（鋁擠0.5~2mm,壓鑄1~4mm,fin0.2~0.5mm)＊鰭片間距(3~8mm)＊鰭片長度(鋁擠<100mm,理論上散熱鰭片的厚度t和長度h之比不能超過1：18）＊鰭片／底板之結合材料（焊接，鉚合第15頁/共41頁小測試—哪種結構設計合理？第16頁/共41頁Mcpcb設計增加散熱基板覆銅面積，可以使熱量分布均勻，有利于散熱將LED產生的熱量快速傳遞給鋁基板將導熱絕緣材料導出來的熱量進一步傳遞給散熱器（導熱層）即是：T結溫=THS+P熱功率*（Rjs+R導熱硅脂+RPCB)=T焊盤+P熱功率*Rjs=T焊盤+P功率*Rjs*a(a為LED發熱率）第17頁/共41頁電源設計SMART開關驅動技術±3%恒流精度PSR技術83%效率全電壓1%恒流精度專利的線電壓補償技術BOMCost<4RMB第18頁/共41頁四種因素協調考慮光熱機電第19頁/共41頁光學軟件Tracepro，lighttools，Fred，zemax等第20頁/共41頁散熱設計軟件Icepak,Flotherm,CFDesian,EFD,ANSYS,QLED等。推薦使用MentorGraphics公司的EFD。EFD基于當前主流三維設計軟件PROE與UG,可進行精確的散熱模擬分析，并進行優化。第21頁/共41頁結構設計軟件AutoCad,ProE,Solidworks第22頁/共41頁電路設計軟件Protel99,DXP,Powerpcb,AD10第23頁/共41頁牛刀小試-SMT球泡燈這是一個10W的LED球泡燈，全長11cm，散熱器長7cm，直徑9cm，泡殼長5.2cm，直徑10cm，重量150克。它大約可以取代75W的白熾燈。其結構主要包括一個是燈頭，二是恒流驅動電源，三是散熱器，四是LED燈板，五是燈泡罩。第24頁/共41頁小測試光、熱、機、電先考慮哪個？第25頁/共41頁燈珠選擇第26頁/共41頁燈珠選擇—BrandPartnameTypeTypVf(V)TyplumenLedqtyneededTotalwattageTotalLumenIndicativeprice(US$)-basedon10kpcsLumiledsRebelESSingleemitter3.131839.39541.20LumiledsLuxeon-M4-dice11.61221111.612214.00CreeXMLSingleemitter3.34910110.029103.20CreeXPGSingleemitter3.53465210.69301.20CreeXPESingleemitter3.421349.68520.90CreeXPEHewSingleemitter3.3250413.210001.10CreeXBDSingleemitter3.2287412.811480.80OsramOslonSquareSingleemitter3.4422.4315.312671.00Osram5630lowpowerled3.18372710.89990.10

Lumenmax5630lowpowerled3.4502010.210000.10Lumenmax3014lowpowerled3.412848.410080.03LumenmaxXP-APW-AASingleemitter3.3110910.49900.40LumenmaxXTH-6060FWRY-ANSingleemitter110260413.210400.80Everlight5630lowpowerled3.260188.6410800.10EverlightShwo爍Singleemitter3.3120910.410800.40EverlightShuen炫Singleemitter3.3120910.410800.40EpistarHL-1W-J3Singleemitter3.35110910.69900.30Epistar3528lowpowerled3.4502010.210000.09LiteonLTPL-P033WS65Singleemitter3.5180614.710800.50EdisonEDEW-1LA5-F1Singleemitter3.4110910.79900.40HarvatekHT-T3A8BP-K519lowpowerled3.4502010.210000.12Delta5630lowpowerled3.4552010.211000.08DeltaDTC3531DW30S3Singleemitter3.3160613.869600.50第27頁/共41頁反激式隔離電源第28頁/共41頁電源設計這個電路還可以自動檢測墻上有無可控硅調光器，如果有的話就可以調光，其調光范圍可以從2%調到100%。而且最后采用了PWM調光，調光頻率高達900Hz，因此避免了閃爍。另外由于采用了準諧振控制使其總效率高達85%。它還有一個特點是采用變壓器初級反饋從而取消了光耦合器件。第29頁/共41頁外殼設計

散熱器的材料目前大多數采用鋁合金，因為成本低廉，加工容易，而且導熱性好。但是最近出現了很多絕緣的塑料散熱器和陶瓷散熱器，其散熱效果也不差。因為最后的散熱主要靠對流和輻射。而對流完全由其形狀和面積決定。輻射則和材料的輻射性有關。各種材料的熱輻射系數如下表所示：第30頁/共41頁八種方案以市面上通用10W球泡燈為基準，參考其結構