LED仿古灯设计资料

6.1.1 光源选择

因为使用在户外场所，使用条件相对于室内场所较为恶劣，这里推荐两款LED灯珠的测试报告：

CREE LED (lamp XP-E Q4) 光源热性能测试

光源测试简介

本测试主要针对 CREE 提供之1W 大功率LED (XP-E Q4) emitter 光源进行热性能测试, 主要测试有:

(1) IV曲线测试与电功率测试

(2) 结点温度(以下简称为结温)量测 (3) LED热阻量测

(4) 不同操作温度下光参数性能测试

相关测试以验证其提供之相关规格, 作为光源应用设计依据。 测试样品&测试设备 测试样品介绍﹕

Electro-Optical characteristics Electro-Optical characteristics at If=350mA, Ta=25ºC

测试设备组成说明 (一) 测试仪主体

输出恒电流源，采样设定，信号转换，数据处理等；

(二) 可温控铜热沉平台

作为温度系数Kj 值量测及不同操作温度下LED热性能测试； (三) 静态空气测试积分球

根据EIA/JESD51-1﹐制造恒定体积的测试环境测量LED的光通量； (四) 电脑

安装测试软件﹐操作并控制整个测试过程； LED emitter 热阻参数测试路径﹕ Rj-slug = (Tj – Tslug)/Pd , emitter结点至heat slug 底部之热阻量测, Pd 为输入电功率

Emitter

Tj : 结点温度 Tslug : Heat slug量测点温度 Tsink : 铜热沉温控温度

Copper Heat Sink

样品测试参数条件﹕

1. 顺向测试电流 If﹕350mA ~ 1000mA 2. 铜热沉温控范围 Tsink : 20 ~ 80C 3. LED输入之电功率 Pd : IfVf

其中 Vf 为顺向电压, 本报告之Pd 假设依据一般LED light source 供应商(Lumileds, OSRAM, CREE etc.) Pd假设定义

相同条件下, 进行热阻计算(不考虑光功率因子参数)。

1. LED emitter与铜热沉采用Dow Corning TC-5026 Thermal grease 压合测试。 2. 温度系数Kj值采用本测试设备量出之值 Kj= -1.82 mV/ C (测试感应电流为5mA) 进行结温热阻测试； 1. Temperature sensitive parameter (TSP) calibration. 2. Kj = -1.8204mV/OC, Im=7mA.

样品IV曲线测试

IV曲线测试图 (铜热沉温度Tsink=20ºC)

电功率曲线测试

输入电功率与结温变化关系曲线

在一定测试电流下, 电功率随着结温上升而成趋于线性下降；

结温与测试电流关系

在不同热沉温度下, 结温Tj 随着测试电流 If 增加而线性增加；

结点至铜热沉温差测试结果

ΔTj-sink (=Tj-Tsink) 随着测试电流 If 增加而呈趋于线性增加；

热阻与测试电流之关系

热阻Rj-slug随电流增加而呈微量增加，范围在 9.5~11.8ºC/W ；

光通量与结点温度关系曲线

不同电流下, 光通量随着结温Tj上升而呈微量下降, 在If=350 mA, Tj =34.5 C 时 (Tsink=20.0 C), 光通量为90.5lm ；在 If=500mA, Tj =36.8 C 时 (Tsink=20.0 C), 光通量为100.6m ；

光效与结点温度关系曲线

不同测试电流下, 光效随着结点温度Tj上升而呈微量下降, 在 If=350mA, Tj = 34.5C 时 (Tsink=25.0C), 光效为80.8lm/W ；在 If=500mA, Tj = 38.6C 时 (Tsink=20.0 C), 光效为89.8lm/W ；

测试结论

1.本次测试主要针对CREE 大功率1 W LED emitter (Lamp XP-E Q4) 进行热性能测试, 主要进行结温、热阻、光通量及光效等测试。

2.本次测试的emitter 结点至 heat slug 基材底部之量测热阻结果显示, 在If= 350~ 500 mA 及铜热沉Tsin25C時,Rj-slug结果范围9~11.3 ºC/W (CREE 资料

提供之额定最大热阻 9ºC/W, Ta= 25 ºC )。

3.该样品在If =350mA, Tj = 34.5 C 时 (Tsink=20.0 C), 光通量为90.5lm, 光效为 80.8lm/W ；在 If = 500 mA, Tj =36.8C 时 (Tsink=25.0 C), 光通量为 100.6lm, 光效为89.8lm/W 。

透镜选择

仿古灯对光型没有路灯和隧道灯的要求高，所以可以不采用加透镜的方式。

电源选择

要从你LED应用领域着手：

1、如果是LED的低端产品一般的稳定恒压源就够了。此时注意它的转换效率和根据应用环境而定的防护等级就差不多了。

2、如果是LED大功率的灯具等对电流精度要求高的就复杂了。恒流精度、转换效率、PFC、温升、EMC/EMI还有防护等级等都要考虑的。

LED仿古灯主要用于室外环境,要长年经受风吹雨淋、雷鸣电闪的恶劣环境,外界气温最高时可达50℃,而最低时也有可能达到-40℃。LED光源属于半导体光源，它本身的发光特性决定其故障率相当低，连接部分的故障率也相当低，所以LED驱动电源质量的好坏直接决定了整个路灯的寿命，在此向大家介绍一下LED路灯电源选择需要注意的一些问题： 一、高品质元器件

LED驱动电源是led路灯产业当中最核心的部分。国内目前生产LED电源的企业不胜枚举，但由于技术实力、成本控制等方面的原因质量经常出现问题，而路灯一旦装上，维修都非常困难，需要大量的人力物力,各大路灯厂家对此叫苦不堪。

电源品质的好坏，良好的设计是要素之一，电源组件才是高可靠性的前提。目前在电源的关键元器件依然是一些被动元器件和功率元件，例如电容、电感、MOS等，而这些元器件质量最好的仍然是美、日系厂商的产品，台系及国产的产品在耐久性、抗干扰、环境适应度、质量等方面还是有差距的。目前中电华星的所有LED路灯电源产品均采用美、日系一线大厂的电子元器件，良好的设计

确保电源可以在-40℃至60℃温度下长时间正常运行，目前大批量使用的成品实际使用故障率低于万分之三。 防雷

灯具安装在户外，雷击是一个非常大的威胁。雷击主要有直击雷、传导雷、感应雷和开关过电压四种类型，对电源设备影响最大的就是感应雷，有可能产生高达5000KV甚至更高的电压，具有极大的破坏力。

因为仿古灯使用在户外，对于性能的要求就会更高，电源的防水等级一般选择IP67。

电源的转换效率一般选择在85%以上为佳。PFC一般在0.95以上为佳。

增加电源测试的图片和过程

材料的选择

仿古灯的外壳采用的是铁外面喷黑色的漆，这样做的好处有以下几点： 1. 降低灯具的整体重量； 2. 加工简单； 3. 寿命长久； 4. 成本低；

由于仿古灯的外壳结构为多面体，所以由一片一片的贴片焊接而成，重要部位通过铆钉进行加固处理。

散热设计

散热器的好坏不仅仅是在散热器材料的选择上，散热器的结构也是需要重点考虑的。

因为此款散热器是内置在仿古灯的内部的，所以散热器的热量不能够及时的散到外面的空气中，所以选择的散热器的表面积要比通常的散热表面积要大，这样可以保证散热器可以储存更多的热量，通过仿古灯的外壳和之间的间隙向外部进行散热。从而保证了LED仿古灯的光源部分的热量不至于过高，从而影响到LED

的光衰和寿命。

4.1.3结构设计

LED仿古灯因应用在户外，各部件都选择能够耐紫外线和耐候好的材料。 为降低开发成本，可以采用外购传统的仿古灯外壳进行LED仿古灯的改造。

1. 散热器的选择

由于传统仿古灯固有的外部造型，在设计LED仿古灯的时候必须要考虑到这点，所以在设计的时候一定要保证不能改变其固有外部造型的前提下进行设计。 以下面这个LED仿古灯为例，进行设计相关的讲解。 设计为60W的LED仿古灯。

为了保证仿古灯的整体外观效果，散热器和LED驱动电源都采用内置的方式，如下图：

由于外壳采用的薄铁的做法，所以为了满足60W的LED光源所产生的热量，必须有一个足够大表面积的散热器来达到散热的效果。由于散热器的重量较重，并且在散热器的上方还会固定一个LED仿古灯的驱动电源，二者重量加之起来有几公斤重，为了实现散热器与灯具的有效结合，并保证从外面无法看到，可以采用增加连接片的做法，具体做法是选择厚度为2mm的钢片，每一侧设计三个固定位，两侧一共有六个固定位，相对应的散热器部位需要进行机械加工，铣掉不要的散热片，保证可以有足够的空间置放固定用的钢片，因为铣掉的散热器部位可以有充分的空间，所以在其上面钻M6的螺丝孔，同样的在相应的2mm厚的钢片上面开7mm直径的通孔。由于仿古灯的外壳的尺寸限制，钢片固定在仿古灯外壳上面就只能采用固定小螺丝的做法，采用两颗M4的螺丝同时固定，这样就可以保证散热器可以牢牢的固定在灯壳上面。保证仿古灯安装在灯杆上面后，散热器不会和灯体产生松动的情况发生，以免发生意外。

建议LED灯具结构工程师们可以再多多思考一下是否有更好的方法实现固定散热器？

呼吸器的选择

由于此灯具为60W的大功率LED仿古灯，为了保证灯具内外的气压平衡，避免由于开灯后LED光源封闭腔体内的气压过大，外面气温较低的时候雨水会被吸进LED光源的封闭腔体内，从而使LED光源损坏。可以选择增加呼吸器，现在一个呼吸器的价格不是很高，几块钱就可以买得到。增加了这个器件后，它而已保证空气进入LED光源封闭的腔体内，而雨水等液体却不能够进入。从而保证灯具在工作的时候不会因为光源腔内内外温度不同产生不同的气压差，导致进水的问题出现。

防水接头的选用

LED驱动电源的电源线需要焊接在LED光源封闭腔体内的铝基板上面，这就需要电线穿过散热器，为了保证LED光源腔体是封闭的，需要增加一个防水接头来保证雨水等液体不会进入到LED光源封闭腔体内。

一般防水接头在散热器上面开口尺寸为12mm，公差控制需要合理，不能过大也不能过小，过大的话，防水接头安装好后，雨水还可以从开口周围渗入到LED光源封闭腔体内部。过小的话，防水接头是无法安装的。

驱动电源的固定方式

LED驱动电源需要固定在散热器上方，由于散热器的散热片是很薄而且高度很高，很难固定，所以可以采用散热器挤型的时候，增加一个导轨结构来实现可以固定在散热器上面的问题。

如上图中红圈所示的位置，通过铝挤的时候增加这个导轨的结构，通过设计一个简单的结构件卡如铝挤的导轨中，从而实现固定LED驱动电源的目的。

这里建议LED灯具结构工程师们可以多多思考一下是否有更好的方法，更简单的方法实现

这个固定。

LED驱动电源固定在散热器上面的一个问题点就是散热的问题，因为散热器本身需要把LED产生的热量散出去，增加一个LED驱动电源后，驱动电源也会产生一定的热量，这样就增加了散热器的负担，散热效果就有下降。

电源线的隐藏固定方式

因为灯杆是安装在灯具的下方，LED仿古灯的驱动电源安装在灯具的上部，在设计的时候就会有一条电源线从灯具里面下到灯杆里，为了保证灯具的美观，同时实现电源线的通过，如上图所示，可以通过现有仿古灯壳的上下两个原有的位置实现固定(一个孔位和一个压线结构)，所以在这里建议各位LED灯具结构工程师们要在设计的时候多考虑利用现有的结构进行最简单的方法进行改造。

光源灯罩选择

如上图所示为LED仿古灯的光源灯罩示意图，灯罩的材料可以选择PC和玻璃。 因为灯具要使用在户外，亚克力就不适合了，容易变黄。 先讲解一下亚克力的知识吧。

亚克力也叫PMMA或者亚加力。都是英文acrylic 的中文叫法，翻译过来其实就是有机玻璃。化学名称为聚甲基丙烯酸甲酯。香港人多叫亚加力，是一种开发较早的重要热塑性塑料，具有较好的透明性、化学稳定性和耐候性，易染色，易加工，外观优美，在建筑业中有着广泛的应用。有机玻璃产品通常可以分为浇注板、挤出板和模塑料。

1.压克力板不可与其他有机溶剂同存一处，更不能接触有机溶剂 2.运输过程中，不能将表面保护膜或保护纸擦破 3.不能使用在温度超过85℃的环境

4.清洁压克力板材时只须用1%的肥皂水，用软棉布沾肥皂水，不可用硬物或干擦，否则表面很容易被擦伤

5.压克力板冷热膨胀系数很大，因温度变化应考虑预留伸缩间隙 6.不能长时间暴露在阳光下，由于紫外线照射容易变黄；

玻璃和PC的特点

玻璃：一种较为透明的固体物质，在熔融时形成连续网络结构，冷却过程中粘度逐渐增大并硬化而不结晶的硅酸盐类非金属材料。普通玻璃化学氧化物的组成(Na2O·CaO·6SiO2),主要成份是二氧化硅。广泛应用于建筑物，用来隔风透光，属于混合物。 PC 聚碳酸酯

耐冲击韧度（热塑性塑料之首），很高的耐热性，耐寒性也很好，抗弯，抗拉强度与尼龙相当，较高的延伸率和弹性模量，尺寸稳定性好，耐磨性与尼龙相当，耐腐蚀，透明度高，但易产生开裂。常用于制作齿轮，，轴承，无色透明PC可用于制造飞机，车挡风玻璃。

如何从玻璃和PC中选择呢？

既然两种材质都可以做LED光源的灯罩，哪一种更适合呢， 看看两种材料的加工成本吧。 玻璃：开模费用几千元 PC：开模费用几万元

所以多数会选择使用玻璃作为灯具的灯罩。

建议：如有有很大的需求数量，如果考虑到灯具整体重量的问题，可以考虑采用PC，因为PC会比玻璃重量更轻。

如何固定玻璃灯罩？

如上图所示，我们是采用的压圈结构来实现玻璃灯罩和散热器固定防水的。 具体的讲一讲。

在玻璃下面的小平面放一圈硅胶圈，通过螺丝锁紧压圈结构，每一侧使用四颗M4螺丝，一共使用16颗螺丝进行固定。 特别需要注意的地方：

防水接头处电源线进线需要固定，由于玻璃灯罩是透明的，电源线不固定会影响整体的美观。

防水防尘

LED路灯的防水防尘要求主要是为了预防灰尘和雨水进入灯具内部对灯具的电气安全造成隐患，另一是为了防止灰尘或雨水进入灯具后对元器件的腐蚀。所以通常在做完防水防尘测试后还需要做高压测试，以判断其防水防尘等级，即IP等级。根据GB7000.1中的定义,IP的含义是

IPXX防尘防水等级

防尘等级（第一个X表示） 0：无防护 没有专门的防护 1：防止大于50mm的固体异物 人体的某一大面积部分，如手（但不能防止故意的接近）。直径大于50mm的固体

2：防止大于12mm的固体异物 手指或长度不超过80mm的类似物体。直径大于12mm的固体异物 3：防止大于2.5mm的固体异物 直径或厚度大于2.5mm的工具、金属丝等。直径大于2.5mm的固体异物

4：防止物体大于1mm的固体进入 厚度大于1.0mm的金属丝或细带。直径大于1.0mm的固体异物

5：防尘 不能完全防止尘埃进入，但进入量不能达到妨碍设备正常工作的程度 6：尘密 无尘埃进入

防水等级（第二个X表示） 0：无保护 没有专门防护

1：防滴水 滴水（垂直滴水）应无有害影响

2：向上倾斜15度防滴水 当外壳从正常位置向上倾斜15度时，垂直滴水应无有害影响

3：防淋水 与垂直60度以内的淋水应无有害影响 4：防溅水 从任何方向朝外壳溅水应无有害影响 5：用水冲洗无任何伤害 6：可用于船舱内的环境

7：可于短时间耐浸水（1m） 8：于一定压力下长时间浸水