估计光学、热、电气系统效率的方法

设计目标会对光学、热和电气系统产生限制，根据这些限制需要对各系统的效率进行估计，将照明目标和系统效率结合起来，才能确定照明需要的LED数量。设计过程中最重要的参数之一是需要多少只LED才能满足设计目标。其他的设计决策都是围绕LED的数量展开的，因为LED的数量直接影响光输出、功耗以及照明成本。

因为LED的光通量依赖于多种因素，包括驱动电流和结温。要准确计算所需要LED的数量，必须首先估计光学、热和电气系统的效率。

（1）光学系统效率。

通过分析光损失估计光学系统的效率。要分析的两种主要的光损失为：

1）次级光学器件。次级光学器件是不属于LED本身的所有光学系统，如LED上的透镜或扩散片。与次级光学器件相关的损失根据使用的特定元件的不同而变化。各次级光元件的典型光学效率在85%～90%之间。如果照明需要次级光学器件，则存在次级光损失。

2）灯具内的光损失。当光线在到达目标物之前，打到灯具罩上时，就产生了灯具光损失。某些光被灯具罩吸收，有些则反射回灯具。灯具内光损失的效率由照明光源的布局、灯具壳的形状及灯具罩的材料决定。LED发光具有方向性，可达到的效率比全方向照明光源可能达到的要高得多。

次级光学器件的主要目的是改变LED的光输出。将Cree XLamp XR—E LED的光束角度与目标灯具的光输出进行了比较。裸LED的光束角度与目标灯具的非常相似，所以不需要次级光学器件。因此，不存在次级光学器件引起的光损失。只需计算灯具损失，假定灯具反射杯的反射率为85%，60%的光将打到反射杯上。因此，光学效率为η=（100%×40%）+（85%×60%）=91%(www.xing528.com)

（2）热损失。

LED的相对光通量输出随着结温的上升而降低，大多数LED数据手册都列出了25℃下的典型光通量值，而大多数LED应用都采用较高的结温。当结温T_j＞25℃时，光通量肯定比LED数据手册给出的值要低。

（3）电气损失。

LED驱动器将可用功率源转换成稳定的电流源，这一过程与所有电源一样，效率不会达到100%。驱动器中的电气损失降低了总体照明效率，因为有部分输入功率浪费在发热上了，而没有用在发光上。在开始设计LED系统时，就应考虑到电气损失。

典型LED驱动器的效率在80%～90%之间，效率高于90%的驱动器的成本要高得多。驱动器效率可随输出负载而变化。应指定驱动器工作在大于50%输出负载下，以使效率最大，并使成本最低。对于室内应用，驱动器效率为87%的估值较好。室外用或要求有非常长的使用寿命的驱动器，效率可能要低一些。