LED灯具与光源的基本概念(共26页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上LED灯具与光源的基本概念一、与LED 有关的光源定义 无论LED 阵列、LED 模块还是LED 灯，都是光源。（1）灯（lamp）：为产生光辐射（通常为可见的）而制作的光源。注：此术语有时也用于某些类型的照明器。（2）发光二极管（Light Emitting Diode（LED）：正向偏压时发出非相干光辐射的p-n结半导体器件。发出的光谱可能在紫外、可见光或红外波长区域。（3）LED 晶片（LED die）：一小块装配在给定功能LED 线路上的发光的半导体材料。（4）LED 阵列或模块（LED array or module）：在印刷线路板或基板上的LED 封装（元

2、件）或晶片的组件，可能带有光学元件、附加的热、机械和打算连接到LED 驱动器负载侧的电气接口。该装置不含电源和标准灯头。该装置不能直接与分支电路连接。如图1 所示。 （5）LED 封装（LED package）：包括焊线连接件或其他型式电气连接件的一个或多个LED 晶片的组件，可能带有光学元件、热学、机械和电气接口。该装置不包括电源和标准灯头。该装置不能直接与分支电路连接。如图2 所示。（6）LED 驱动器（LED driver）：含有电源和LED 控制电路的装置，目的是使LED 封装（元件）、或LED 阵列（模块）或LED 灯工作。（7）非整体式LED 灯（LED lamp, non-int

3、egrated）：含有LED 阵列（模块）或者LED封装（元件）和标准灯头的组件。该装置打算通过标准灯座连接到灯具的LED 驱动器。该装置不能直接与分支电路连接。（8）整体式LED 灯（LED lamp, integrated）：包含LED 封装（元件）或LED 阵列（模块）、LED 驱动器、标准灯头以及其他光度、热学、机械和电气元件的整体组合。该装置打算通过标准化的灯座直接与分支电路连接。如图4 所示。（9）LED 光引擎（LED light Engine）：包含LED 封装（元件）或LED 阵列（模块）、LED 驱动器、以及其他光度、热学、机械和电气元件的整体组合。该装置要通过一个与LED

4、灯具匹配的常规连接器直接连接到分支电路，该LED 灯具设计成不使用标准灯座。 二、灯具和LED 灯具的定义（1）GB 7000.1-2007 给出的灯具（luminaire）定义是“能分配、透出或转变一个或多个灯发出光线的一种器具，并包括支承、固定和保护灯必需的所有部件（但不包括灯本身），以及必需的电路辅助装置和将它们与电源连接的装置。”定义还附有一个注，即“采用整体式不可替换光源的发光器被视作一个灯具，但不对整体式光源和整体式自镇流灯进行试验。”（2）“ANSI/IESNA RP-16-05 照明工程学的命名和定义”中有关LED 灯具（LEDluminaire）定义是包括基于LED 的发光元

5、件和匹配的驱动器，以及配光部件、固定和保护发光元件的部件、以及将器具连接到分支电路部件的完整照明器具。基于LED 的发光元件的可能形式是LED 封装（元件）、LED 阵列（模块）、LED 光引擎或LED 灯。LED 灯具打算直接与分支电路连接。LED 灯具例子如图5 所示。 （3）混合型LED 灯具(Hybrid LED luminaire):装有基于LED 的发光元件和诸如白炽灯或荧光灯等其他类型光源的灯具。LED灯具与光源的基本概念（二）一、如何界定LED 灯具和LED 光源灯具和LED 灯具的定义给出以下几个重要的信息：1GB 7000.1-2007 定义中给出了灯具的结构特征，灯具内具

6、有控制灯发出光线的部件，还有提供灯机械支承部件、点灯电路和电源连接部件和保护灯的部件，也就是具体灯具中的控光部件（反射器、透光的棱镜或平板玻璃、格栅等等）、支承灯的灯座、灯的控制装置、电容器、启动器及其电路等必须的辅助装置，固定这些部件的机械结构或装置、电源连接方式（GB7000.1 第5.1 条规定电源连接方式）、以及保护灯所必须的外壳防护措施等。2当使用了不可替换的灯或LED 灯时，结构特征为灯具的发光器具不会因此有所改变，这种情况下，GB 7000.1-2007 定义的“注”中强调的是，采用整体式不可替换光源的发光器被视作一个灯具，但不对整体式光源和整体式自镇流灯进行试验。3传统光源以带

7、有标准灯头为鲜明特征，而LED 光源形式多样，为了有所识别，ANSI/IESNA RP-16-05 给出的LED 灯具定义中识别出了LED 灯具中光源的形式，即光源可以是LED 阵列（LED array）、LED 模块（LED module）或LED 灯（LED lamp）。4ANSI/IESNA RP-16-05 定义了LED 灯具与LED 灯区别的关键点，即LED 灯具打算直接与分支电路连接，而LED 光源不直接与分支电路连接，其中：-LED 模块不含有电源，不能与分支电路直接连接；-LED 阵列既不包括电源，也不包括标准灯头，不能与分支电路直接连接；-整体式LED 灯需通过标准灯座、非整

8、体式LED 灯需通过灯具中的灯座才能与分支电路连接。5.在LED 的相关的术语中，还应明确了LED 驱动器、LED 控制线路及LED 电源的区别：-LED 驱动器是指含有LED 控制线路和LED 电源的装置；-LED 电源是指没有控制功能、但能在其设计限值内提供所需电流、电压和功率的变压器、电源（调制）、电池或其他装置；-LED 控制线路不含有电源，是设计用于调节输出电压、电流或工作循环来转换或其他方式以控制提供给LED 封装（元件）或LED 阵列（模块）电能的量和特性的电子元件。根据这些概念可以了解，LED 工作需要的LED 电源和LED 控制线路，可以分开而各自独立存在，也可以组合在一起，

9、LED 电源和LED 控制线路组合在一起时就是LED 驱动器。6.整体式LED 灯与非整体式LED 灯都带有标准灯头，而且具有相似的外形特征，它们之间区别的关键点是是否带有LED 驱动器。整体式LED 灯是带有LED 驱动器的LED 模块或阵列，可以通过标准化的灯座连接到分支电路，整体式LED 灯可以替代普通照明用白炽灯或CFL 灯。非整体式LED 灯是不带有LED 驱动器的LED 模块或阵列，它需要通过灯具中的灯头与分支电路连接，此灯具应含有非整体式LED 灯工作需要的LED 驱动器。非整体式LED 等不能直接替代白炽灯或CFL 灯。7.LED 光引擎是一个介于LED 灯具和LED 灯之间的

10、器件，与LED 灯的区别是它不含有标准灯头，而是含有一个与灯具匹配的连接器。与LED 灯具的区别是它不能与分支电路直接连接，与灯具的相同点是可以具有设定的配光功能，例如具有特有的道路灯具配光。LED 光引擎使使用不带标准灯头LED 光源的LED 灯具具有可维护性。二、易被误作光源的情况1某些类型的“灯具”被习惯地称作“灯”从灯具和灯的定义可以知道，一般情况下，“灯”是指光源，各种类型的灯均以发光的物理原理来命名，如白炽灯、高压钠灯、金属卤化物灯、荧光灯、紫外灯、场致发光灯、卤钨灯等等，灯的命名和分类与应用的场所及用于何种灯具无关；而“灯具”则是指照明器，它包括点亮光源所需的附件和电路、使光源发

11、出的光重新分配以满足应用需求的光学部件，以及灯具安装、固定、调节所需部件的总成，灯具的分类及命名与其安装方式或设计使用的场所或目的有关，如固定式吸顶灯具、可移式台式灯具、可移式落地灯具、道路照明灯具、隧道照明灯具、庭院灯具、泛光灯具和应急照明灯具，等等。但正如“灯”的定义中的“注”所述，“灯”这个术语有时也用于某些类型的照明器。也许是由于习惯的关系，很多人把“道路照明灯具”称作“路灯”，把“天花板表面安装灯具”称作“吸顶灯”，但这里的路灯、吸顶灯并不是指光源，而是指道路照明灯具和天花板表面安装的灯具。2光源不可替换的照明器具属于灯具从灯具的定义可以知道，照明电器标准中所说的“灯具”不涉及光源的

12、类型，也就是说在评价灯具及其进行的检验中，只对提供光源正常工作的相关部件或环境进行评价，而不对光源本身进行评价或检验。由于是耐用消费品，灯具的设计寿命比光源长得多，所以灯具内的光源通常是一种可替换部件。随着光源寿命的逐步延长，光源固定方式的变化，以及灯具对耐用性要求的降低，某些灯具设计成光源不可替换的，也就是说，光源一旦损坏，灯具就报废。根据照明电器术语标准和灯具标准对“灯具”的定义，这种光源不可替换的照明器具仍属于灯具。对于光源不可替换的灯具，除了光源不可替换以外，根据应用需求的光度学设计、点亮灯具需要的电路及其附件，以及灯具固定的装置等，与光源可替换的灯具完全一样，所不同的是，在光源不可替

13、换的灯具内可能不使用灯座，光源的机械固定和电气连接分别由机械固定装置和光源连接器完成。在LED 应用于照明之前，已经有采用不可替换光源的灯具的例子，比较典型的如电源插座安装的夜灯，夜灯中的光源既有可替换的也有不可替换的，但它们都属于灯具，评价夜灯的灯具安全标准是GB7000.212-2008灯具第2-12 部分：特殊要求电源插座安装的夜灯。显色性基本概念： 光源对物体本身颜色呈现的程度称为显色性，也就是颜色逼真的程度；光源的显色性是由显色指数来表明，它表示物体在光下颜色比基准光（太阳光）照明时颜色的偏离，能较全面反映光源的颜色特性。显色性高的光源对颜色表现较好，我们所见到的颜色也就接近自然色，

14、显色性低的光源对颜色表现较差，我们所见到的颜色偏差也较大。国际照明委员会 CIE 把太阳的显色指数定为 100 ，各类光源的显色指数各不相同，如：高压钠灯显色指数 Ra=23 ，荧光灯管显色指数 Ra=6090 。显色分两种： 1. 忠实显色：能正确表现物质本来的颜色需使用显色指数 (Ra) 高的光源，其数值接近 100 ，显色性最好。 2. 效果显色：要鲜明地强调特定色彩，表现美的生活可以利用加色法来加强显色效果。显色指数计算方法： CIE推荐定量评价光源显色性的“测验色”法规定用黑体或标准照明体D作为参考光源，将其显色指数定为100，并规定了若干测试用的标准颜色样品；通过在参考光源下和待测

15、光源下对标准样品形成的色差，评定待测光源显色性，用显色指数来表示。光源对某一种标准样品的显色指数称为特殊显色指数Ri 光源对特定8个颜色样品的平均显色指数称为一般显色指数Ra 其中8个颜色样品分别为：暗灰色、暗黄色、深黄绿色、黄绿色、淡蓝绿色、淡蓝色、淡紫色、红紫色。如下图所示：常用光源的一般显色指数： 结合我国实际情况，可将光源的一般显色指数划分为三个范围。一般显色指数（Ra）质量分类10075755050优一般劣光源显色性的质量分差 白炽灯、碘钨灯、溴钨灯、镐灯等几种光源的一般显色指数Ra均超过85，适用于辨色要求较高的视觉工作，如彩色电影、彩色电视的拍摄和放映、染料、彩色印刷、纺织、食品

16、工业等行业。荧光灯的显色指数在7080之间，显色效果较差，其中高压钠灯最差Ra为2025.什么是光衰LED光衰的概念 LED光衰是指LED经过一段时间的点亮后,其光强会比原来的光强要低,而低的这一部分就是LED的光衰。LED光衰的原因 现阶段的LED产品光衰程度都不同，大功率LED同样存在光衰，抑制光衰有助于削减单位光通量的成本。各LED厂商都在致力于抑制光衰现象技术，但都没有公布光衰现象发生的原因及其抑制方法的详情。然而，有厂商透露，芯片的发热及电流集中等若干参数与光衰现象有关。 例如，输入较大电力时，芯片的光发生量增多，同时发热也增多。这种发热会使芯片内部的量子效率恶化，从而导致光衰现象。

17、因此，有厂商认为，为抑制光衰现象，采用散热性高的封装构造，即使输入较大电力芯片温度也不会上升的改进会对抑制光衰现象有效。另外，有观点认为，如果LED 芯片内的电流密度变大，就容易引发光衰现象。图1. Cree公司LED的结温和光衰寿命试验结果 2011年5月，加州大学圣巴巴拉分校的研究院称他们找到了普通照明使用LED技术效率地下的根本原因。他们总结到，光衰（LED droop）是由俄歇复合（Auger recombination）引起的。俄歇复合是一种在半导体中发生的，三个带电粒子互相反映反应但不放出光子的现象。研究者还发现包含散射机制的非直接的俄歇效应非常显著。这一发现使得以往理论研究中，用

18、直接俄歇过程预测LED光衰和实际测量结果不符的现象得以解释。研究员认为，因为俄歇效应是内形成机制，所以光衰现象不可消除，但可以最小化。 目前，关于LED 产品光衰的规定，应用最广泛的标准为美国能源之星的LM-80-08和国标GB/T24824-2009。辐射度量 基础知识辐射度量是用能量单位描述辐射能的客观物理量。光度量是光辐射能为平均人眼接受所引起的视觉刺激大小的度量。即光度量是具有平均人眼视觉响应特性的人眼所接收到的辐射量的度量。因此，辐射度量和光度量都可定量地描述辐射能强度，但辐射度量是辐射能本身的客观度量，是纯粹的物理量；而光度量则还包括了生理学、心理学的概念在内。 很长时间以来，国际

19、上所采用的辐射度量和光度量的名称、单位、符号等很不统一。国际照明委员会(CIE)在1970年推荐采用的辐射度量和光度量单位基本上和国际单位制(SI)一致，并在后来为越来越多的国家(包括我国)所采纳。 下表列出了基本的辐射度量的名称、符号、定义方程及单位、单位符号。(1) 辐射能(Q) 简称辐能，描述以辐射的形式发射、传输或接收的能量，单位焦耳(J)。 当描述辐射能量在一段时间内积累时，用辐能来表示，例如：地球吸收太阳的辐射能，又向宇宙空间发射辐射能，使地球在宇宙中具有一定的平均温度，则用辐能来描述地球辐射能量的吸收辐射平衡情况。 为进一步描述辐射能随时间、空间、方向等的分布特性，分别用以下辐射

20、度量来表示。 (2) 辐能密度(w) 定义为单位体积元内的辐射能，即(3) 辐射通量( , P ) 定义为以辐射的形式发射、传输或接收的功率，用以描述辐能的时间特性。实际应用中，对于连续辐射体或接收体，以单位时间内的辐射能，即辐射通量表示。因此，辐能量是一个十分重要的辐射度量。例如，许多光源的发射特性；许多辐射接收器的响应值不取决于辐射能的时间积累值，而取决于辐射通量的大小。(4) 辐射强度(I) 定义为在给定传输方向上的单位立体角内光源发出的辐射通量，即辐射强度描述了光源辐射的方向特性，且对点光源的辐射强度描述具有更重要的意义(5) 辐亮度 (L) 定义为光源在垂直其辐射传输方向上单位表面积

21、单位立体角内发出的辐射通量，即辐亮度在光辐射的传输和测量中具有重要的作用，是光源微面元在垂直传输方向辐强度特性的描述。例如，描述螺旋灯丝白炽灯时，由于描述灯丝每一局部表面(灯丝、灯丝之间的空隙)的发射特性常常是没有实用意义的，而把它作为一个整体，即一个点光源，描述在给定观测方向上的辐射强度；而在描述天空辐射特性时，希望知道其各部分的辐射特性，则用辐亮度可描述天空各部分辐亮度分布的特性。(6) 辐射出射度 (M) 定义为离开光源表面单位面元的辐射通量，即 面元所对应的立体角是辐射的整个半球空间。例如，太阳表面的辐射出射度指太阳表面单位表面积向外部空间发射的辐射通量。 (7) 辐照度 (E) 定义

22、为单位面元被照射的辐射通量，即 辐照度和辐射出射度具有相同的定义方程和单位，但却分别用来描述微面元发射和接收辐射通量的特性。如果一个表面元能反射入射到其表面的全部辐射通量，那么该面元可看作是一个辐射源表面，即其辐射出射度在数值上等于照射辐照度。电磁兼容 基础知识电磁兼容（electromagnetic compatibility 简称EMC） 国际电工委员会标准IEC对电磁兼容的定义是：系统或设备在所处的电磁环境中能正常工作，同时不对其他系统和设备造成干扰。 EMC包括EMI(electromagnetic interference 简称EMI，电磁干扰)及EMS(electromagneti

23、c susceptibility 简称EMS，电磁耐受性)两部份。所谓EMI电磁干扰，乃为机器本身在执行应有功能的过程中所产生不利于其它系统的电磁噪声；而EMS乃指机器在执行应有功能的过程中不受周围电磁环境影响的能力。因此，EMC包括两个方面的要求：一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值；另一方面是指器具对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度，即电磁敏感性。 EMI电磁干扰主要包括传导干扰和辐射干扰及谐波。传导干扰是电子设备产生的干扰信号通过导电介质或公共电源线互相产生的干扰；而辐射干扰是指电子设备产生的干扰信号通过空间耦合把干扰信号传给另一个电网网络

24、或电子设备；在电力系统中谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致，当电流流经负载时与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，即电路中有谐波产生。谐波使电能的产生，传输和利用的效率降低，使电气设备过热，产生振动和噪声并使绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁，对电子系统外部，谐波对通信设备和电子设备会产生严重的干扰。 EMS电磁耐受性主要包括有抗静电干扰，电快速瞬变脉冲群抗扰度，浪涌抗扰度以及电压暂降抗扰度。所谓静电，指一种处于静止状态的电荷，静电的产生在工业生产中是不可避免的，因此电气和电子设备及器件的抗静电能力是衡量电子设备及器件产品质量的重要指标；电快速瞬变脉冲群抗扰度是指在特定持续时

25、间及周期的脉冲群干扰下设备及器件的耐受能力；浪涌抗扰度是指设备及器件在短时间高压干扰情况下的耐受能力；电压暂降抗扰度是指在供电电压有效值在短时间内突然下降又回升恢复的冲击下设备及器件的耐受能力。 下图为电磁兼容性主要内容的结构关系LED 基础知识 LED是取自 Light Emitting Diode 三个单词的缩写，中文译为“发光二极管”，顾名思义它是一种可以将电能转化为光能的且具有二极管特性的电子器件。 LED常用半导体砷、磷、镓及其化合物制成，制造LED 的材料不同，所产生光子的能量也就不同，借此可以控制LED所发出光的波长，也就是光谱或颜色。由于二极管具有单向导通特性，因此在使用LED

26、时必须正向偏置，此外LED工作时只需1.53V的正向电压和几毫安的电流就能发光，允许的工作电流小，因此须串联合适的限流电阻，否则会被损坏。LED光特性发光强度 发光强度的衡量单位有照度单位（勒克司lx）、光通量单位（流明lm）、发光强度单位（坎德拉 Candela）。 1cd（坎德拉）指完全辐射的物体，在白金凝固点温度下，每六十分之一平方厘米面积的发光强度。（以前指直径为2.2 厘米，质量为75.5 克的鲸油烛，每小时燃烧7.78 克，火焰高度为4.5 厘米，沿水平方向的发光强度）。 1lm（流明）指1 cd 烛光照射在距离为1 厘米，面积为1 平方厘米的平面上的光通量。 1lx（勒克司）指1

27、lm 的光通量均匀地分布在1 平方米面积上的照度。 一般主动发光体采用发光强度单位坎德拉cd，如白炽灯、LED 等；反射或穿透型的物体采用光通量单位流明lm，如LCD 投影机等；而照度单位勒克司lx，一般用于摄影等领域。三种衡量单位在数值上是等效的，但需要从不同的角度去理解。 单个LED 的发光强度以cd 为单位，同时配有视角参数，发光强度与LED 的色彩没有关系。封装LED 时顶部透镜的形状和LED 芯片距顶部透镜的位置决定了LED 视角和光强分布。一般来说相同的LED视角越大，最大发光强度越小，但在整个立体半球面上累计的光通量不变。LED热特性结温及热阻LED的热学特性主要包括LED结温、

28、热阻（瞬态热阻、稳态热阻）、瞬态变化曲线（加热曲线、冷却曲线）等，结温是指LED的PN结温度，热阻是指LED散热通道上的温度差与该通道上的耗散功率之比，用于表征LED的散热能力。LED的热阻越低其散热性能越好，相应的LED光效也越高，寿命越长。 检测LED热学特性的关键在于对LED结温的准确测量，现有的对LED结温的测试一般有两种方法：一种是采用红外测温法测得LED芯片表面的温度并视其为LED的结温，但是准确度不够；另一种是通过温度敏感参数(temperature-sensitive parameter，简写为TSP)获取PN结温，这是目前较普遍的LED结温测试方法，其技术难点在于对测试设备要

29、求较高。LED寿命 LED的寿命主要表现为它的光衰，通常把LED光输出衰减到初始光输出的70%或50%作为判断寿命失效的指标，即光通量维持寿命。直接测量等待光衰到指定值的做法在工业上的应用十分困难。但由于LED是高可靠性器件，寿命一般都会超过几千小时甚至是一万多小时，实际还应注意LED的亮度衰减周期，如大部分用于汽车尾灯的UR 红管点亮十几至几十小时后，亮度就只有原来的一半了。亮度衰减周期与LED 生产的材料工艺有很大关系，一般在经济条件许可的情况下应选用亮度衰减较缓慢的四元素LED。色度学基本概念1 色坐标和色品图人眼对于颜色的响应是通过在可见光波段内的光谱辐射功率来传递的。通过大量观察人们

30、发现，人眼在工作时就好像包含三种类型的接收器，每种对不同但相交迭的波长的光产生响应。CIE在大量心理学和物理学实验基础上推荐了“CIE 1931 XYZ标准色度系统”。和人眼类似，CIE系统从光谱分布导出了一套三刺激值，该三刺激值由下面三个积分方程定义： （1）其中X, Y, Z是刺激值；P ()是刺激物的光谱功率分布； , , 是国际公认的CIE 1931色匹配函数，如图1所示。注：CIE 1931“CIE 1931 XYZ标准色度系统”是从2观察视场的相应匹配实验中得出来，然而，色匹配是与刺激物的尺寸相关的，所以CIE于1964年介绍了另外一套XYZ色度系统，该系统是在10观察视场下得到的

31、。然而除非特别说明，一般采用CIE 1931 2观察视场。图1: CIE 1931 三刺激值曲线图中，y()符合明视觉光视效率函数V()，所以Y也可以用来表征所测光源亮度。由三刺激值求出色品坐标： （2）用(x,y)值描述刺激物的颜色并在直角坐标中表示出来，可以形成一个马蹄状的色品图，自然界中所有颜色都可以用色坐标表示出来并在色品图内找到。 图2：CIE 1931色品图和CIE 1960UCS均匀色品图由于CIE1931 XYZ标准色度系统在实际应用中存在诸如色差容限不均匀等问题，CIE又推荐了CIE 1960 UCS色品图，其颜色坐标由(u,v)表示（如图2所示）和1976 UCS色品图，其

32、颜色坐标由(u, v)表示。这两个色品空间都不是绝对均匀的，但与x,y空间比有了很大的改进，它们与CIE 1931色品图中的（x,y）存在以下坐标变换关系：1960 UCS(3)1916 UCS(4)2 色温和相关色温图2的右图中，中间的一条曲线表示黑体在不同温度下辐射的颜色坐标点(u,v)的轨迹。如果某一发光体颜色与一定温度下的黑体辐射光有相同的颜色，即在色度图上坐标相同，则称该黑体的温度为发光体的色温，现实世界中，大部分的发光体，它的色度的坐标点一般不处在黑体轨迹上，此时用相关色温表示。当发光体颜色与某一温度下的黑体辐射颜色最接近，则称该黑体的温度为发光体的相关色温。在CIE 1960 U

33、CS均匀色品图上，通过发光体的色品坐标点向黑体轨迹作垂线，得到垂足点所对应的黑体温度即为该发光体的相关色温。可见，测得了发光体的色品坐标即可计算出其相应的相关色温。3 显色指数光源对物体的显色能力称为显色性，对于人造光源，显色性是一个很重要的色度参数。它表示物体在光下颜色比基准光(太阳光)照明时颜色的偏离。CIE推荐定量评价光源显色性的方法，显色指数Ra在0-100内分布，Ra=100时显色性最好，数值越小，显色性越差。 图3是高压钠灯(HPS)和金卤灯(MH)的相对光谱功率分布曲线。由图中可以看出，MH在蓝光部分的光谱分布也较多，色光丰富，因此，一般的彩色都能反映出来，有较好的显色性(显色指

34、数约70)。而HPS光谱和日光相差很大，它的光谱中多黄光、红光而缺少蓝光，这就是在高压钠灯下显示的蓝色偏黑的原因，因此HPS的显色性较差（约25）。 图3 高压钠灯(HPS)（左）和金卤灯(MH)（右）的相对光谱功率分布光度学基本概念1 辐射通量研究电磁波辐射的测试、计量和计算的学科称为“辐射度学”。单位时间内通过某一截面的辐射能即为辐射通量，又称辐射功率（e），单位为瓦。其中波长为的辐射通量 与值有关，总的辐射能量可以用下式计算： (1)2 光视效率函数人眼能响应的可见光部分只是电磁辐射的一小段（380nm780nm），而人们最关心的也是这段的辐射带给人眼的“明亮和颜色的感觉。然而，各个波长

35、的光给人眼带来的“明亮”的感觉并不一致，而且这种视觉反应因个体的差异而有所不同。为了统一度量,便于科学、工业等的交流,CIE(国际照明委员会)在大量心理学、物理学实验的基础上,总结出了光视效率函数。图1.1是明视觉下的相对光视效率函数曲线，以V()表示，该曲线中，555nm即黄绿色时的光视效率最高，记为1。在中间视觉和暗视觉下，相对光是效率函数曲线左移。图1：CIE明视觉光视效率(v()曲线研究光的测试、计量和计算的学科成为“光度学”，它以人眼与电磁辐射的交互作用为基础，所量测的不是纯粹的物理量，而是一种心理物理量。3 光通量光通量是辐射通量以光谱光视函数V（）为权重因子的对应量。设波长为的光

36、的辐射通量为e（）。则对应波长的光通量为： （2） 式中Km为比例系数，是波长为555nm的光谱光视效率，也叫最大光谱光视效率，由e和的单位决定。光通量的SI单位为流明，Km683流明瓦。复色光的光通量是对所有波长的光通量求和： （3）4 发光强度 发光强度表示在指定方向上光源发光的强弱，它可用点光源在单位立体角中发出的光通量的数值来量度，可表达为： （4）式中d是点光源在某一方向上所张的立体角元。图2: 光强示意图一般来说，发光强度随方向而异，用极坐标(,)来描写选定的方向时，I(,)表示沿该方向的发光强度。在国际单位制中，发光强度的单位为坎德拉(Candela)，单位代号：坎(cd)。值得

37、指出的是，在国际单位制中，发光强度的单位是国际单位制中七个基本单位之一，光度学中其它单位均为导出单位。5 照度照度是表征受照面被照明程度的物理量，它可用落在受照物体单位面积上的光通量数值来量度，如果照射在物体面元dA上的光通量为d，则照度E可表达为: （5）照度的单位称为勒克斯(lux)，单位代号：勒(lx)。图3照度示意图对点光源来说d=Id，因而照度为： （6）式中R为点光源距受光物体元面积dA中心的距离。由此可见，点光源所造成的照度反比于光源到受照面的距离的平方，而正比于光束的轴线方向与受照面法线间夹角的余弦。此即在光度量测中十分重要的照度平方反比定律。6 亮度单位表面上在某一方向的光强

38、密度，它等于该方向上的发光强度和此表面在该方向上的投影面积之比。即被视物体在视线方向单位投影面积上的发光强度。图4: 亮度示意图 （7）式中dA为被视物体的面积元，为面元法线与观察方向间的夹角，d是面元在某一方向上所张的立体角元,d2是面元在观察方向的立体角元内的光通量，dI是面元观察方向的发光强度。光亮度的SI单位为坎德拉每平方米。光度测量方法1 积分法光度测量 光度量的大小等于被测光源的光谱辐射能量与人眼视效率函数V()的加权积分，因此，用光谱灵敏度响应与V()曲线一致的光学探测器可以直接测量光度量的大小，即探测器所产生的电信号大小与待测光源的光度量大小成正比，此时的光学探测器称为光度探头

39、，用与V()匹配一致的光度探头测量光度量的方法称为积分法。积分法测量光度量的关键是光度探头的光谱灵敏度响应与V()曲线的精确匹配，CIE用f1来表示光度探头的失匹配程度。如图1所示，由于光度探头在V()曲线的两翼对f1计算的贡献很小，因此如用f1为5%的光度探头测量LED的光度量可能会带来意想不到的量测误差。图1： 光度探头的V()匹配对量测的影响 根据CIE 69-1987和中国JJG245-2005照度计量检定规程，不同等级的光度探头/光度计的分级技术指标要求见表1。表1 光度计分级一览表 等级考核项目CIE1983 best中国（光度计）标准级一级二级V()失匹配误差f12%3.5%6%

40、8%UV响应u0.2%0.5%1.5%2.5%IR响应r0.2%1%2%4%余弦响应f21.5%2%4%6%非线性误差f30.2%0.3%1%2%温度系数0.2%/K0.2%/K0.5%/K2%/K疲劳f50.2%0.2%0.5%1% 然而光度探头与 V()曲线的精确匹配对探头制造工艺要求很高，实现难度较大,根据CIE TC-40于2007年的统计，目前世界上仅5家公司能提供f1在标准级以上的探头，远方公司有幸被列入其中。2 分光法光度测量 由光度量定义，只要测出被测光源的光谱功率分布，再与V()加权积分，就可以求出相应的光度量，这种测量光谱光度量的方法为分光法。用分光法可以很好地消除探头的V

41、()失匹配和被测光源与标准光源的光谱功率分布不一致所带来的误差。光源的光谱辐射功率分布由光谱辐射计（光谱仪）测量，分光法测量光度量的精度主要取决于光谱辐射计的线性动态范围、重复性、光谱波长误差、杂散光和标定误差等。3 积分-分光相结合方法的光度测量 虽然分光法可以成功避免积分法中光度探头的V()失匹配误差，但由于光谱辐射计一般采用的光电倍增管或电荷耦合器件（CCD）等探测组件，其线性动态范围不宽（PMT在三个数量级内一般为2%,且稳定性较差；CCD则要视其性能而定，在三个数量级内为1%-10% ），这在很大程度上影响了光谱辐射计的适用范围和量测精度；而积分法中，光度探头所采用的硅光电探测器却在

42、极宽的动态量测范围内具有极好的线性，一般在7个数量级内可0.1%的水平，是光电探测器中线性动态范围最好的。积分-分光方法综合了光谱辐射计和光度探头各自的优点，实现大跨度线性范围内的精确量测。远方公司已申请了这一技术的专利。LED 照明常用词汇中英文对照表1 backplane 背板2 Band gap voltage reference 带隙电压参考3 benchtop supply 工作台电源4 Block Diagram 方块图 5 Bode Plot 波特图6 Bootstrap 自举7 Bottom FET Bottom FET8 bucket capcitor 桶形电容9 chass

43、is 机架10 Combi-sense Combi-sense11 constant current source 恒流源12 Core Sataration 铁芯饱和13 crossover frequency 交叉频率14 current ripple 纹波电流15 Cycle by Cycle 逐周期16 cycle skipping 周期跳步17 Dead Time 死区时间18 DIE Temperature 核心温度19 Disable 非使能，无效，禁用，关断20 dominant pole 主极点21 Enable 使能，有效，启用22 ESD Rating ESD 额定值23 Evaluation Board 评估板24 Exceed