LED日光灯的二次光学控制系统*

孔银昌，李　平（.黄淮学院文化传媒学院，河南驻马店463000；.黄淮学院信息工程学院，河南驻马店463000）

LED日光灯的二次光学控制系统*

孔银昌1，李平2
（1.黄淮学院文化传媒学院，河南驻马店463000；2.黄淮学院信息工程学院，河南驻马店463000）

针对现有的LED日光灯存在热量散失性差，光衰减度强和光线不柔和等不足，系统从散热装置，电源和二次光学几个角度出发，给出翼形折叠片构造的热电法散热装置、翻转电平的改进电源装置、LED的改进二次光学研究。实验显示，本文LED的散热性能比现有铜板型散热装置提升2.5倍～3.8倍，光通量分布率为0.882，能够覆盖照明需求。

LED；散热装置；二次光学；翼形折叠片；光通量

LED为Light Emitting Diode的简写，它为能量消耗低、使用时间长、不产生辐射的新型节能光源［1］。LED所产生的能量损耗和白炽灯对照低于13%，LED在未来将代替荧光灯或白炽灯等照明方式，形成新型的照明器具［2］。但LED现有实施部分，特别是用作平常居家的照明器具依然存在热量散失难、光线不柔和等应用局限。本文给出翼形折叠片［3］构造的散热［1］装置，此外把该部分日光灯的外设、驱动性的电路设备改进而实现统一化构建。选取W型LED排列和二重花生米透镜实现完善的二次光学研究，获取适宜人眼的光线。选取改进翻转电平的电源［2］，提升照明效率，形成绿色能源、增加了LED的使用时间。

1　LED散热方案

LED核心部分模块对温度需求很高，该模块仅可以在130度左右正常运转，若温度值大于该范围，设备老化程度加剧［4］。因而，LED热度散失装置的优劣，对于LED的性能有至关重要的影响。现有的散热方法通常选取排气扇、放热管、回路放热管、传导热装置、传导热硅脂等部分组成［5］。该类散热技术具有一定局限性，劈如安装排气扇实现散热的方法，结构繁杂、稳定性能低，容易使得开启电能部分的设备老化；传导热装置只侧重于热传导部分的热量散失，忽略了对流散热能；导热管和选取回路热管的热量散失方法，构造繁杂，不可以立刻实现，所需成本高。

1.1现有翼状折叠散热装置模块

LED日光灯在采用的过程中，由于选用空间、条件的制约，其体积不应当过大，因而，把LED日光灯的散热部分和系统外部构建实现融合化统一构建，采用翼形折叠片构造的散热装置腔体，其构造部分采取铝合金加入导热硅脂原料，系统的外部构造效果如图1所示。

图1　翼状折叠器散热器

1.2热电法散热方案

对折叠片改进，将原型为距离是2.48mm的折叠片划分为两个不相同的走向，若厚度低于0.86 mm时，热量散失效果是最好的；若折叠片的厚度高于0.86mm，则损失热量的结果不理想。原型为距离是4mm的折叠片模型，其热量分布较为持续，则最高的温度部分值较高。原型为距离在5mm的折叠片部分其温度值较高，并且呈现上升的走势，散失热量的性能较差。因而，LED散热装置的翼形折叠片参数按如下规格选取为：距离是2.48mm的折叠片，折叠片的厚度为0.53mm。

进而采用热电法散热，该方案选用硅性材料具有的帕尔贴性能制冷，若直流电流过不相同的半导体硅性材料串接二乘的电偶元件时，在电偶元件的两端可以吸取以及释放出热能，从而达到制冷的目标，其实现定理如下图所示。热电法散热感应灵敏，在约60 s左右就可以达到最高温度值，并且选用闭环结构的温度测控电路，其精确度能够到达0.1°左右，并且具备体积小巧，干扰小的特点。本文在阵列式的LED中，如图2所示。

图2　LED平面排布构建示例模型

硅制冷模［9］块对各个LED实现独立制冷方案，并且LED阵列中的各个LED个体都可以被散射。其散热的降温程度实现了36.4%到45.1%之间，制冷效果较为优越。此外对该系统热端加入改进后的折叠片，能够进一步提升散射效果，模型如图3所示。

图3　热电法散热装置

2　LED二次光学设计和LED电源部分

2.1LED二次光学设计

LED芯片在封装时已进行了第一次光学设计，但为了使LED芯片发出的光能量得到更好的利用，使光线柔和的集中到人们所期望的照明区域上，我们需要在一次配光的基础上进行二次光学设计。

2.1.1传统的二次光学设计

传统的二次光学设计主要采用LED芯片的平面排列方式［6］。该方式是指在X轴、Y轴方向排列非对称的长方形配光的自由曲面透镜［7］，并且对于独立的LED光学器件上实现光照配准获取长方形的斑块，使LED模块依据X轴和Y轴的方案排布在一个平行的板面之上，该模型的构建模型示例图如图2所示。

该平面方式排布的LED二次配合光照策略［8］，在热量散失、机械构建设计和测控电源等方面都较为简约，需要让具备长方形配光模式的LED模型组件排布于单个散热的平面之上就成功了，对不相同的选用场合，仅需要实现不同数目的LED模块组件的增加和减少。

但此种设计方案也具有一定的局限性，譬如其配准方式是矩形的非对称模型的分布方案，仅采用轴对称的全面反射类型透镜不可能达到这样的结果。基于此，本文给出一套改进的LED二次配光方案。

2.1.2改进的二次光学研究

基于LED核心的一次匹配光线的标准之上，依据选取曲线形花生米的透镜型研究展现出的生光角，依据曲线形花生米透镜的W形状标准实现光线照射区间的测控，匹配反射光线灯罩实现整体光照强度的测控，依据透镜以及半圆形状的灯罩实现光线的多次漫反射，进而使得光线越发平和、散布匀称。改进的二次匹配光线研究构建的示例图形如图4所示。

图4　新型二次配光设计结构示意图

实现分布在每颗LED核心表面的花生米透镜依据W形状排布，直射在LED上的光在从花生米透镜穿过之后，光照的散射角度增加，其分散的光线通过各个角度、各个途径进而投递照射在由各种烟幕型的米粒状的透镜构建的半圆形状的灯罩的空间壁，依据漫散射向空间输送均匀［10］的光照，进而选取两层透镜实现直射光线的扩散和漫反射的结果。

2.2LED电源模块改进

现有的LED电源模块首要选取电压恒定、电流恒定方案，该部分的电路模型图类似图5所示。

图5　恒定电压、恒定电流的电源模块电路图

恒定电压和恒定电流的电源模块首要由场效应管、高频整流二极模块、冲击变压设备3个模块构成。类似的现有电源模块设计简约、节约成本，此外也含有一些不足，如恒定的电流、恒定的电压电源模块使得LED持久生成光线的功能，导致LED产热量的增多、使用时间减弱。因而，实现改进LED驱动方法的研究。

本文给定一种翻转电平的改进电源模块的操作，其定义如下：220 V的交流电通过全桥实现整流、电容滤波方式转换为280 V左右的直流电流，一部分为后级电源用作首要的能量输出，另一个部分作为IC801/402B给出的工作区域电压。选取半导体二极管D2、D3作为交流和正弦类型信息的双半周部分，并且用作IC801/402B的第5个引脚的触发给定信息，由此操控其中斩波群法的振荡装置得到的规范的正弦类型信息，由此得到IC801/402B中通过第4个引脚得到的PWM信息，该信息选取调节Q1的导通时段，Q1导通的时段越久，其后级得到的电流则越强烈，从而调整发光半导体二极管的光强。若MOSFETQ1选通时，电流经过LED、电感L1以及电容C2。若R1的两个端口电压降至ISENSE引脚部分的阈值电压范围时，Q1实现关断并且保存一段固定的时段，电感中的电能经过VD1和LED。流经这个固有的时段之后，Q1重新接通，由此实现循环。

3　实验结果解析

3.1散热部分测算

对于环境的温度在17.1℃的空间内部，选取体表测试温度仪器实现LED原有散热模块和翼形折叠片的散热模块的外部实现分析，分析所得如表1所示。

表1　LED的散热模块测算

该翼形折叠片的散热部分依据和原有的铜板散热模块测算相比较，就对于相似能量（电流）、类似条件和类似的工作标准下对散热装置的外部表面温度的测算对比能够得出，该翼形折叠片的散热部分能够提升LED光源散热部分效能，其散热部分性能提高为原有铜板散热部分的2.5～3.8。

实验平台如图6所示。

图6　系统实验平台图

3.2光照程度的实验

本文选取7个一瓦的白色发光LED发光体构建成一个LED照亮灯具，对于该灯具的照亮点和发光体间距在3m的标准之下，选取Dialux程序构建实验，获取照亮点的光照分布程度如图7所示。

图7　照明面得照度分布

实验结果表明，本文选取的改进LED阵列和二重花生米透镜的二次光学设计，能够达到照亮程度散步率在0.871，能够实现平常照明所需。

3.3电源性质测算

由图8的实验效果能够得出，若给定电平是高电平时，则给出部分是高电平，若给定选取高电平转换为低电平时刻，则保证给定的时长值多于35.2ms之后，所给出的电压能够转换成低电平的电压。如果给定电压从低电平阶段上升在高电平阶段，给出的电压伴随给出电压产生向上变换，并得到低延时。由此可得，电平转换信息可以便捷地转换LED的平均光亮值。

图8　实验效果

5　总结

基于LED采用在室内照明包含热量消散困难，光线不柔和等相关问题，对此给出翼形折叠片构造的热电法散热装置、翻转电平的改进电源装置、LED的改进二次光学研究。实验效果得到，改进的LED照亮灯具，散热结果是现有铜板体系散失热量的2.5倍～3.8倍，照度均匀［10］度高达0.882，能够获取散步均匀的光线，可以实现室内照亮的标准。

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孔银昌（1978-），男，河南驻马店市人，汉族，硕士，副教授，研究方向为多媒体信息处理；

李平（1976-），女，河南驻马店人，汉族，硕士，讲师，研究方向为信息处理与现代电子系统。

The Secondary Optical LED Lamp System*

KONG Yinchang1，LI Ping2
（1.School of Culture Media，Huang HuaiUniυersity，Zhumadian He'nan 463000，China；2.School of Information Techology，Huang HuaiUniυersity，Zhumadian He'nan 463000，China）

Current LED lamp exists poor heatdissipation，intense lightattenuation and dazzling light.The provided，improved system is composed ofawing folded sheetstructure thermoelectric dissipation heatunit，an improved flipping level power supply unit and an optimized secondary optical LED lamp system.The experimental results show that the heat dissipation capability of improved LED lamp system is 2.5～3.8 times of traditional LED lamp system. Besides，the uniformity of illumination is up to 0.882 and the improved system canmeet the requirements of daily lighting completely.

LED；heatvent；secondary optical；Wing folded sheet；illumination

TM 923.34

A

1005-9490（2016）04-0918-04

项目来源：驻马店市2014年科技攻关项目（142204）；2016年度河南省高等学校重点科研项目（16B510002）

2016-01-27修改日期：2016-03-12

EEACC:8530；426010.3969/j.issn.1005-9490.2016.04.032