LED投光灯设计实例分享

本实例介绍一款市面上非常常见的80W的LED投光灯，如图6.35所示。

此款投光灯的主体部分是采用压铸铝一体化制成。这种一体化的结构对于整个灯具的防水处理会相对比较理想。如图6.36所示为80W投光灯的分解图。

图中列出的零件是主要部件，一些螺钉和线材则省略了。这款灯具采用的是单颗80W的集成LED光源，其外形图和前面的图6.24中的50W的外形一样，只是在内部的芯片排列上多了3排，是10串8并的排列方式。可以计算出这款芯片所需要的驱动电源的参数。单颗芯片的电流设定为300mA，正向电压为3.0V～3.4V，则所对应的驱动电源的输出参数应为输出电流8×0.3A=2.4A，输出电压10×3.0V～3.4V=30V～34V。这里的LED芯片采用的是普瑞45mil的芯片。通常这种金属外壳的灯具都是属于一类灯具，灯具必须含有地线。采用的驱动电源都是金属外壳，并且输入线是带地线的三芯电源线，同时这种金属外壳的驱动电源必须和外壳有良好的导通。因为驱动电源的转换效率并非100%，损耗掉的电能会全部转换成热能，所以可以看到大部分金属外壳的驱动电源内部都是填满了灌封胶，便于驱动电源内部的元器件的散热，提高驱动电源的寿命。本例中的驱动电源底部与灯体是完全接触的，通过4颗螺钉来锁紧，通过灯体进行散热，如图6.37所示。

图6.35 一款80W投光灯

图6.36 80W投光灯的分解图

1—玻璃面盖 2—电源腔面盖 3—玻璃 4—电源腔密封圈 5—光源腔密封圈 6—反光罩 7—驱动电源 8—LED集成光源 9—灯具主体 10—防水接头 11—固定支架

图6.37 驱动电源的固定

LED投光灯设计的几个重点：散热、光学结构设计、防水防尘。首先需要考虑的是散热，散热结构的优劣直接影响着光学结构的设计；而防水防尘处理，则是依靠散热器即灯具主体的结构来实现，所以这三个重点是相互影响的。这款灯具的主体散热器由压铸铝合金制成，如图6.38所示。

图6.38 80W投光灯的散热器

从图6.38中可以看到散热器的鳍片的方向是与重力方向在同一个平面内的。这样可以保证投光灯在不同的安装角度其对流效果都是最好的。这款灯体的设计将内部分为了两个腔体，一个光源腔放置LED光源和配光部件；另一个腔体放置驱动电源。两个腔体都是采用硅胶圈进行密封防水。光源腔的密封结构如图6.39所示。(www.xing528.com)

图6.39 光源腔的密封结构

如图6.40所示在散热器上的凹槽中填上硅胶圈，然后用玻璃面盖将玻璃压在硅胶圈上，并通过螺钉锁紧进行密封防水。同样，电源腔体的密封更简单，就是通过电源腔面盖将硅胶条压紧在灯体上。

图6.40 电源腔的密封结构

两个腔体虽然分别独立密封，但是因为两者之间还是会存在电气连接，驱动电源需要给LED集成光源供电，所以在两者之间需要开一个过线孔，如图6.41所示。

图6.41 过线孔

图中圆圈的作用是为了驱动电源的输出线通过这个孔连接到LED集成光源上，做到整体防水的效果。当然在实际应用中，输出线穿过金属孔，根据安规的要求应有护线结构，以防止电源线被金属边磨破，所以可以在电源线上增加一个纤维护线套，以保护电线的安全。

灯体的设计考虑了防尘防水后，还要考虑散热性能是否优良。这个在前期的设计阶段需要用到热学模拟软件对设计的散热结构进行模拟。这里需要明白的一个道理是好的散热结构不是模拟出来的。热学模拟软件只能大致地模拟出既定结构的散热性能，是对自己设计的散热结构的一个验证。一款好的LED灯具的散热结构应该是在满足结构和光学的前提下，光源的温度越低，散热器的体积越小，重量越轻，则说明这款散热结构设计得越好。LED灯具的散热关键就是降低LED芯片的温度。在建模进行散热模拟的时候，LED光源的结构一定得按照实际光源的结构来建模，以保证模拟结果的精确性。在进行模拟时，首先要对模型进行一些简化，将一些对散热作用不大的零件全部删除，以降低模型的复杂度，提高模拟的精确度，这个模型里面首先可以删除的零件是固定支架、螺钉、防水接头等。其次80W的集成光源采用的是普瑞45mil的芯片，所以建模的时候，芯片的尺寸则需要完全按照这个尺寸来建立，具体的尺寸可以参考普瑞的说明书。在芯片和铜基板的中间有一层很薄的绝缘导热层，这个绝缘导热层在建模的时候可以不用直接建立，因为若建入这层材质会造成网格的划分比较麻烦。通常对于在热学模拟软件中比较薄的介质，如绝缘导热层，还有经常会用到的导热膏层，通常是用接触热阻来设定。此款灯具的详细模拟步骤这里不做介绍，模拟结果如图6.42所示。

图6.42 80W投光灯热模拟结果