三星 LED 应用方案报告

AN2012006-V2 三星 LED 应用方案报告 2323 White LED 2323 低成本 MR16 射灯 2012 年 3 月 15 日 三星 LED 有限公司版权所有 2 目 录 1 设计指标..................................................................................................................... 4 1.1 MR16 卤素射灯的应用....................................................................................... 4 1.2 设计指标.............................................................................................................. 4 2 光学设计..................................................................................................................... 4 2.1 LED 选型 ............................................................................................................. 4 2.2 透镜选型.............................................................................................................. 5 2.3 光源 PCB 设计 .................................................................................................... 5 2.4 LED 混色 ............................................................................................................. 6 3 驱动器设计................................................................................................................. 6 4 散热和机械设计......................................................................................................... 6 5 测试报告..................................................................................................................... 7 5.1 光电测试.............................................................................................................. 7 5.2 热测试和寿命估算.............................................................................................. 8 6 成本分析..................................................................................................................... 9 7 本方案在 PAR16 和 GU10 中的应用 ....................................................................... 9 8 备注............................................................................................................................. 9 附录 1： 版本信息........................................................................................................ 9 3 1 设计指标 1.1 MR16 卤素射灯的应用 MR16 卤素射灯是一种常见的局部突出照明光源，广泛应用于商场、酒店 和家庭。MR16 卤素射灯的功率有 20W、35W 和 50W，以及各种出光角度和光 强度等。 本方案用三星的 2323LED 来设计替换 20W 卤素灯的 MR16 射灯，通过应 用中功率的 2323 来替换大功率 LED，从而降低 LED 的成本 50%以上。 射灯的角度和中心光强的要求繁多，不利于统一设计，所以本设计用流明 作为光学设计的首要目标。在同样的流明下，通过更换不同的透镜即可满足不 同角度和中心光强的需求。 用户在原有 MR16 射灯的电子驱动、机械结构和散热器的基础上，通过应 用本方案来替换 LED，只需要更换光源 PCB、透镜和 LED 即可实现降 LED 成 本 50%以上的目标。 1.2 设计指标 本方案的光学设计目标设定如下： 表 1：光学设计目标 其他设计符合国内外通用，在此不做详细分析。 2 光学设计 2.1 LED 选型 LED 选用三星 LED 推出的 2323 系列，详细光学特性请参阅 LED 规格。 以下是进行 LED 选型的计算。 4 表 2：2323 的 LED 选型计算表 通过以上计算，就完成了 LED 的选型，用 8 颗 2323，3000K 色温，S2 亮 度档。详细的 LED 选型方法请参考第十章 AN2011009-V1-MR16 可调光 LED 射灯方案设计报告的 2.1 章节。 2.2 透镜选型 本方案选用 PC 材质的透镜，所以光镜系数 lo=0.82，选用单颗透镜用于 8 颗 2323 的 LED，如下图所示。 图 1：透镜选型 2.3 光源 PCB 设计 由于 2323 是中功率 LED，而且光效高，散热更容易，因此可以把焊接 LED 的铝基板改用 FR4 板。本方案的光源 PCB 设计如下： 图 2：光源 PCB FR4 光源板的具体设计技巧另外通过培训介绍，在此不做分析。 5 2.4 LED 混色 由于采用单颗大透镜，可以把 8 颗 LED 集中在透镜火山口内，LED 做对称 分布并采用混色的方法来获得更高一致性的光色。混色的另一个好处是不需要 对 LED 挑选 BIN 供货，可以采用所有 BIN 的 LED，采购价格便宜且稳定。 本方案每路 4 颗串联的 LED 采用 1-BIN 和 3-BIN 组合，两路采用同样的 LED 和组合方式。1-BIN 选用组合号 3000K-1-0004，3-BIN 选用组合号 3000K- 3-0018。混色的具体方法请参考第一章 AN2012009-V1-三星 LED 混色方案设计 报告，组合号参见该文档的附录 3。 3 驱动器设计 替换 20W 卤素射灯的 MR16 一般用三颗大功率 LED 串联，驱动器通常是 降压 BUCK 电路，整灯的输入电压为 AC12V，通过调节电解电容即可保证整流 后 BUCK 电路的输入电压可以大于 3 颗大功率 LED 的串联电压。 本方案采用 8 颗 2323，4 颗串联，两路并联，每路 4 颗串联的 LED 采用同 样的电压档即可保证两路并联的 LED 自动均流，无需额外的均流电路。这样 LED 的串联电压从原来的 3 颗变成 4 颗，通过适当调整电解电容即可保证 BUCK 电路的输入电压大于 4 颗 LED 的串联电压，从而无需改变驱动方案，但 要把 BUCK 电路控制 LED 电流的采样电阻做相应的改变，把 LED 电流控制在 240 毫安。 如果从新设计驱动电路，可以采用 BOOST 升压电路，这样 8 颗 LED 可以 串联驱动，效果更好。由于驱动方案非常成熟，在此不做详细分析。 4 散热和机械设计 和常见的 3 颗大功率 LED 相比，8 颗 2323 的光效高，因此 LED 功率小， 原有的散热结构可以通用，无需从新设计机械机构和散热器。 图 3：2323 低成本 MR16 射灯外形图 6 5 测试报告 5.1 光电测试 测试条件：输入电压交流 12V，运行 30 分钟后测试，环境温度 Ta=25℃： 表 3：光电测试结果 图 4：光通量测试报告 7 图 5：光分布测试报告 5.2 热测试和寿命估算 温度测试点如下：电解电容、PCB、LED 焊盘、散热器外表面和环境温 度。使用热电偶测试。 测试条件：AC12V 输入，运行 1 小时后测试，环境温度 Ta=25℃，空气自 然对流。 表 4：温度测试 整灯寿命主要受电解电容限制，由于电解电容温度是 83 度，为获得高寿 8 命，选择 RUBYCON 的电解电容，电容额定温度 105 度， 8000 小时，用 RUBYCON 的公式计算后可以保证寿命>50000 小时。 6 成本分析 以下是本方案的降成本分析： 表 5：方案成本分析 由于 2323 是中功率 LED，而且光效高，散热更容易，因此可以把焊接 LED 的铝基板改用 FR4 板，从而可以降低一部分成本。从上表分析可见，整灯 成本可以降低 1.34 美金，其中 LED 的成本可以降低 50%以上。 7 本方案在 PAR16 和 GU10 中的应用 本方案同样适用于替换 20W 的 PAR16 和 GU10 卤素射灯，应用方法和 MR16 类似，在此不做重复分析。 8 备注 本方案仅作参考，不对任何产品设计负责。具体的详细信息另外通过培训 介绍，包括以下内容： 1 本方案的完整测试报告， 2 本方案的 BOM，PCB，电路图。 附录 1： 版本信息 版本信息 1：版本 V1 版本信息 2：版本 V2 作者 梁振健 作者 梁振健 日期 2012 年 2 月 8 日 首次发布 日期 2012 年 3 月 15 日 加入 MR16 光 通量和光分布测试报告。 LED显示屏 液晶模块 光电显示 http://display.ofweek.com/ 传感器 仪器仪表 实验设备 http://instrument.ofweek.com/ 太阳能光伏 、光伏 http://solar.ofweek.com/ 9 � � � � � � � 灯功率(W)� 灯头� 外形� 电压(V)� 显色指数(Ra)� 色温(K)� 角度(°)� 亮度(lm)� � 4� GU5.3� MR16� 12� 80� 3000� 45� 200� � � � � � � � � � 灯功率(W)� 灯头� 外形� 电压(ACV)� 显色指数(Ra)� 色温(K)� 角度(°)� 亮度(lm)� � 3.9� GU5.3� MR16� 12� 83� 3100� 40.8� 226� � � � 电解电容� LED 焊盘� PCB� 铝散散热外壳� 环境温度� 灯功率(W)� � 83� 92� 78� 61� 25� 3.9� � � �