PAR38参考设计

CLD-AP117 rev 0A
应用说明
技术文章
®
®
Cree XLamp MT-G2 EasyWhite LED
PAR38参考设计
目录
前言
前言......................................................................1
本应用说明详细介绍了采用Cree XLamp MT-G2 EasyWhite
设计方法／目标. . . . . ................................... . . . . . . 2
LED的150瓦等效PAR38替换灯的设计，该灯是建立在SC³
六步骤法.. . . . . . . . . . . . ................................. . . . . . . . 2
Technology™下一代LED平台基础上的首款EasyWhite
LED
1. 确定照明要求....................................................3
阵列产品。MT-G2提供比原MT-G多达25%的流明，但其规格
2. 确定设计目标....................................................4
和驱动条件与原MT-G相同，这便于其轻松替换原来的MT-G。
3. 估算光学系统、热系统和电气系统的效率...................5
4. 计算所需的LED数量............................................9
此外，MT-G2 LED的各种工作电压使驱动电源设计能够针对应用
5. 考虑所有设计方案............................................. 10
进行优化。在本参考设计中，36伏MT-G2用在采用直线120-VAC
6. 完成最后步骤.................................................. 10
输入的PAR38灯中。本设计的目标是制作一款基于LED的PAR38
结语... . . . . . . . . . . . . . . . ................................. . . . . . . 17
替换改型灯，该灯必须具有窄光束，可提供与150瓦卤素PAR38
特别鸣谢.. . . . . . . . . . . . ................................. . . . . . . 17
灯等效的性能并且符合能源之星的最新要求。本参考设计中重点
介绍的Cree XLamp MT-G2 36伏LED经过优化，实现了高效LED
www. cree.com/Xlamp
灯的解决方案。
用户完全承担因依赖本应用说明中的任何信息所产生的风险。Cree及其附属公司不作出有关本文件中的信息或任何按照本参考设计制造的LED灯或光源（包括但不限于不
侵犯Cree或第三方的知识产权的灯或光源）的任何保证或声明，亦不承担任何相关法律责任。如果光源制造商根据任何Cree应用说明或参考设计进行全部或部分的产品设
计，则该制造商必须全权负责确保其产品符合所有适用的法律和行业要求。
版权所有 © 2010 Cree, Inc.保留所有权利。本文件中的信息若有更改，恕不另行通知。Cree、Cree徽标及XLamp均为Cree, Inc.的
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SC3 Technology为Cree, Inc.的商标。如需了解产品规格，请参阅www.cree.com上提供的数据表。如需了解保修信息，请发送电邮至[email protected]
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XLAMP MT-G2 EASYWHITE PAR38参考设计
在介绍本设计的过程中，我们的团队着手以低功率／高光效实施LED的方式来制作一款具有50,000小时L70寿命1的灯。Cree采用优雅
的市售抛物面镀铝反光杯（简称“PAR”）形态散热片设计来制作这些PAR38原型，并与多家行业领先的驱动电源和光学元件合作伙伴
合作，以便制作带有多个与MT-G2 LED搭配使用的组件和组合的整体式优化系统。本参考设计仅列出了基于MT-G2 LED的PAR38灯的
几种可能的实施方案，旨在证明通过采用Cree LED组件将业内领先产品带给市场这一多学科设计所日益增加的价值。
设计方法／目标
在“LED光源设计指南”应用说明中，Cree提出了一个用于制作LED光源的六步骤框架。2所有Cree参考设计均采用该框架，并在下面的
表格中对设计指南的内容作一简要回顾。
步骤
说明
1.
确定照明要求
•
设计目标可根据现有灯具或应用的照明要求确定。
2.
确定设计目标
•
•
根据应用的照明要求明确设计目标。
明确任何其他会对设计造成影响的目标，如特殊光学或环境要求。
3.
估算光学系统、热系统和电气系统
的效率
•
•
•
设计目标将对光学系统、热系统和电气系统设定限制。
可以依照这些限制条件对各个系统的效率进行正确的估算。
结合照明目标和系统效率的信息，可推算出光源所需的LED数量。
4.
计算所需的LED数量
•
根据设计目标和估算的损耗，设计人员能计算出满足设计目标所需的LED数量。
5.
考虑所有设计方案并从中选出最佳
方案
•
•
在任何设计中，都有许多方法可实现各个目标。
LED照明是一个新领域，因此适用于常规照明光源的假设可能并不适用LED照明。
6.
完成最后步骤
•
•
•
•
•
完成电路板布局。
通过制作光源原型，来测试各个设计选择。
确保设计达到所有设计目标。
利用原型来进一步改进光源设计。
记录观察结果和改进想法。
表1: Cree六步骤框架
六步骤法
本项目的主要要求和目标是证明一种可替换目前市场上卤素PAR38灯的易于实施的高效灯，以说明以合理的成本即可制作名副其实的
150瓦等效PAR38 LED灯。Cree将本项目定为改型项目，因此本应用说明中所设计的PAR38灯可充分利用已安装的PAR38灯具。3
1
2
3
即工作50,000个小时后，LED仍将提供其初始光通量的至少70%。
LED光源设计指南，应用说明AP15，www.cree.com/xlamp_app_notes/luminaire_design_guide
生产和成本优化的实施超出了本文件的讨论范畴。
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格，请参阅www.cree.com上提供的数据表。如需了解保修信息，请发送电邮至[email protected]联系Cree销售部。
2
XLAMP MT-G2 EASYWHITE PAR38参考设计
1. 确定照明要求
表2列出了本参考设计中MT-G2 PAR38灯的设计需要考虑的重要特性。
重要性
关键
特性
单位
光强度 - 中心光束光强（简称“CBCP”）
坎德拉 (cd)
光束孔径角 - 半高全宽 (FWHM)
度 (°)
电功率
瓦 (W)
光通量
流明 (lm)
光效
lm/W
形态
重要
价格
$
寿命
小时
工作温度
°C
相关色温 (CCT)
K
显色指数 (CRI)
100点尺度
Lamp-to-lamp consistency
功率因数
可制造性
表2: 针对PAR38灯分级排列的设计准则
通过查阅现有卤素PAR38灯数据表，我们获得了如表3所示的基本基准数据。4
光源
灯功率 (W)
光通量 (lm)
光效
(lm/W)
中心光束光强
(CBCP)
(cd)
光束孔径角
(°)
寿命
（小时）
100-W聚光卤素PAR38灯
100
1500
15
17,500
10
2500
120-W聚光卤素PAR38灯
120
1800
15
20,000
10
2500
150-W聚光卤素PAR38灯
150
2200
15
25,500
10
2500
表3: PAR38基准数据
表4总结了针对所有整体式LED灯的能源之星®要求。5
特性
要求
灯必须具有以下指定相关色温之一（依照ANSI C78.377-2008）并且与以下7阶色品四边形和Duv公差一致。
额定相关色温
相关色温和Duv
2700
3000
3500
4000
K
K
K
K
目标相关色温 (K)和公差
2725
3045
3465
3985
±
±
±
±
145
175
245
275
目标Duv和公差
0.000
0.000
0.000
0.001
±
±
±
±
0.006
0.006
0.006
0.006
色彩维持率
在最小流明维持率测试期间（6,000小时），在CIE 1976(u’,v’) 色彩空间上的色品变化均须在0.007的范围内。
显色指数 (CRI)
最小显色指数 (Ra) 为80。R9的值必须大于0。
4
5
信息来源：各卤素灯制造商的数据表平均值。
整体式LED灯能源之星®计划要求，资格标准 – 版本1.4，表4，
www.energystar.gov/ia/partners/product_specs/program_reqs/Integral_LED_Lamps_Program_Requirements.pdf
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格，请参阅www.cree.com上提供的数据表。如需了解保修信息，请发送电邮至[email protected]联系Cree销售部。
3
XLAMP MT-G2 EASYWHITE PAR38参考设计
特性
要求
变光
灯可以是可调光或不可调光的。产品封装必须清楚地表明灯是否是可调光或不可调光的。调光产品制造商必须在互联网上发布调光产
品兼容性信息。
可调光灯的最小光效、光输出、相关色温、显色指数和功率因数将在满载功率下进行确认。
保修
必须为灯提供保修，并且自购买之日起三 (3) 年内免费进行材料的修理或替换。
允许的灯座
必须是ANSI中所列的灯座。
功率因数
灯功率<5 W并且是低压灯：无最低功率因数要求
灯功率>5W：功率因数必须>0.70
注：功率因数必须在额定电压下测量。
最低工作温度
-20 °C或以下
LED工作频率
≥ 120 Hz
注：此性能特性针对由于低频工作造成的明显闪烁问题并适用于稳态及调光操作。调光操作必须在所有光输出级别均达到要求。
电磁和射频干扰
必须符合相关的消费者使用FCC要求（FCC 47 CFR 15部分）
可听噪音
A类噪音评级
瞬变保护
电源必须符合IEEE C62.41-1991（A类操作）的要求。线路瞬变必须包括7次共模和差模的2.5 kV级100 kHz环形波。
工作电压
灯的额定电压必须为120、240或277 VAC或者12或24 VAC或VDC。
表4: 针对所有整体式LED灯的能源之星要求
表5总结了针对替换PAR灯的能源之星要求。6
标准项
能源之星要求
定义
定向灯是指有至少80%的光输出位于∏ sr的立体角内（对应于角度为120°的圆锥体）的灯
最小光效
灯直径<20/8英寸：40 lm/W
灯直径>20/8英寸：45 lm/W
色彩空间均匀度
在光束孔径角范围内，在CIE 1976(u’v’) 色彩空间上的色品变化均须在离加权平均点0.006的范围内。
最大灯直径
不超过目标灯直径
最大总长度（简称“MOL”）
不超过目标灯的最大总长度
PAR灯最小中心光束强度
请链接到以下在线工具：
www.energystar.gov/ia/products/lighting/iledl/IntLampCenterBeamTool.zip
流明维持率
在工作25,000小时后> 70%流明维持率 (L70)
快速循环应力测试
循环时间必须为2分钟开，2分钟关。灯将在L70寿命期间每2小时循环一次。
表5: 针对PAR灯的能源之星要求
2. 确定设计目标
表6列出了本项目的设计目标。我们使用能源之星中心光束强度基准工具(Integral LED Lamp Center Beam Intensity Benchmark Tool)
来将光束孔径角为10°的120-W灯和光束孔径角为10°的150-W灯所需的中心光束光强（简称“CBCP”）分别确定为最小CBCP和目标
CBCP。
6
同前，表7C
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XLAMP MT-G2 EASYWHITE PAR38参考设计
特性
光输出
单位
最低目标
预定目标
lm
1250
1500
lm/W
光效
照度性能
45
55
相同
更好
功率
W
<< 150
< 30
光束孔径角
°
10
10
cd
19,279
25,199
小时
25,000
50,000
相关色温 (CCT)
K
3000
3000
显色指数 (CRI)
100点尺度
80
80
中心光束光强 (CBCP) - 光束孔径角为10°
L70寿命
表6: MT-G2 PAR38灯设计目标
3. 估算光学系统、热系统和电气系统的效率
我们采用Cree的“产品特性工具”（简称“PCT”）来确定本设计的驱动电流。7来自PCT的基本LED（非系统）电气数据和光输出如图1
所示。
图1: 带有MT-G2最小光通量数据的PCT结果
为了证明XLamp MT-G2 LED的能力和灵活性，我们制作了两个版本的PAR38灯。经过一些基本计算和PCT的使用，我们确定以330 mA和
500 mA驱动MT-G2将产生充足的系统光输出和光效。我们希望在尽量提高光输出的同时提供超过能源之星规范最低要求的CBCP，因此选
择受到了限制。根据历史数据和我们在光通量转换为光强方面的经验，我们在所需光束孔径角范围内选择标准二次光学元件的光输出。
7
可访问以下网址获取PCT：pct.cree.com
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XLAMP MT-G2 EASYWHITE PAR38参考设计
散热要求
XLamp MT-G2 LED在选定的500 mA输入电流下的工作功率约为18.5瓦，需要散热片进行散热。在基于LED的PAR38设计中，散热片
不仅必须消散由LED产生的热量，而且还必须为LED、光学元件、驱动电源和底座提供机械框架。此外，要成为名副其实的PAR38改型
灯，抛物面反光杯规格必须合适，能够装进ANSI标准外壳（如ANSI C78.24-2001中所定义）。8我们与大新电业有限公司共同制作了
一个散热片设计，如图2所示，9并且该设计类似于Cree的MT-G MR16、MT-G AR111和XB-D A19参考设计中所用的设计方法和冲压
翅片工艺。10散热片套件包括一个塑料螺丝灯座和光学元件卡扣。
图2: MT-G2 PAR38的散热片
为了验证本散热设计的效用，我们用Autodesk Simulation CFD软件进行了热模拟。11模拟结果如图3所示，显示了在13.9 W输入功率
（LED 18.5 W输入功率的75%）和25 °C环境温度的条件下工作时灯组件和散热片横截面的图像。我们保守地假设LED将25%的输入
功率转换为光，将75%的输入功率转换为热量。12软件计算的模拟焊点温度 (TSP) 为54 °C或环境温度以上29 °C。MT-G2 LED的热阻为
1.5 °C/W，因此在18.5 W时，结温 (TJ) 将约为82 °C。
8
9
10
11
12
www.nema.org/stds/c78-24.cfm
请访问www.hztaisun.com/productled.aspx查阅散热片设计文件。
Cree XLamp MT-G MR16参考设计，应用说明AP62，www.cree.com/xlamp_ref/mtg_mr16
Cree XLamp MT-G LED AR111参考设计，应用说明AP88，www.cree.com/xlamp_ref/mtg_ar111
Cree XLamp XB-D LED 75-watt等效A19灯参考设计，应用说明AP110，www.cree.com/xlamp_ref/xbd_75w_A19
Autodesk Simulation CFD，www.autodesk.com/simulationcfd
如需有关热管理的更多信息，请参阅Cree XLamp LED热管理应用说明，AP05，www.cree.com/xlamp_app_notes/thermal_management
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XLAMP MT-G2 EASYWHITE PAR38参考设计
图3: MT-G2 PAR38灯的热模拟
驱动电子元件
本设计的最大挑战之一是将必要的高功率驱动电子元件装入相对较小的PAR38底座。由于美国标准PAR38灯是将120 VAC线电压直接接
到灯上，因此内部驱动电源必须将E26螺口插座的120 VAC电压转换为500-mA的电源，用于工作电压约为36 V的MT-G2 LED。此外，
为了更好地展示MT-G2 LED的性能，我们确定有必要使用可调光驱动电源，因为这是市场所真正需要的。
Cree与驱动电源合作伙伴合作开发可调光的高效驱动电源，以达到证明150-W PAR38等效LED灯性能所需的严格要求。Diodes公司、On
Semiconductor公司和Power Integrations公司均与Cree合作，每家公司分別专门设计一款驱动电源，以裝入大新电业有限公司为PAR38
散热片制作的塑料底座上。13,14,15 On Semiconductor公司的驱动电源基于NCL30002开关式电源控制器。16 Diodes公司的驱动电源基于
其AL9910EV7-7试用板。17
13 Diodes公司，www.diodes.com/zetex/cree.html
14OnSemi, www.onsemi.com/PowerSolutions/content.do?id=15968
15 Power Integrations公司，www.powerint.com/en/applications/led-driver-ics
16OnSemi NCL30002 controller, www.onsemi.com/PowerSolutions/product.do?id=NCL30002
17 Diodes公司AL9910A board, www.diodes.com/products/catalog/detail.php?item-id=8364
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XLAMP MT-G2 EASYWHITE PAR38参考设计
图4: MT-G2 PAR38驱动电源：Power Integrations公司（顶部），OnSemi公司（左），Diodes公司（右）
所有这些驱动电源的效率均约为85-88%，并均输出MT-G2 LED工作所需的500 mA工作电流。每个驱动电源合作伙伴还提供了其驱动
电源的一个低功率版本，为LED提供330 mA的工作电流，以证明MT-G2 LED在低功率级别仍达到100-W能源之星等效要求时的性能。
事实表明这些驱动电源在工作中是可互换的。
二次光学元件
另一重大挑战是为MT-G2
LED定制二次光学元件，以装入标准PAR38外壳并产生所需的窄光束孔径角和CBCP。基线CBCP性能通过能
源之星整体式LED灯中心光束强度基准工具 (Integral LED Lamp Center Beam Intensity Benchmark Tool) 予以确定。光学元件必
须装入PAR38散热片外壳并为驱动电源和散热片留出空间。
如图5所示，Cree采用一款现成反光杯，即由Illumination Machines公司生产的MTG10，该反光杯旨在使XLamp MT-G LED产生孔径
角为10°的狭窄光束。18大新电业有限公司的散热片可容纳该反光杯，其顶部弹性扣可将反光杯固定到位。反光杯有一个用于星形印刷电
路板 (PCB) 的安装孔，能够快速装配而无需定制的PCB。所有这些解决方案的光度测试结果如表8所示。
18 Illumination Machines公司的MTG10，www.illuminationmachines.com/pdfs/CreeMTG10.pdf
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XLAMP MT-G2 EASYWHITE PAR38参考设计
图5: MT-G2 PAR38的反光杯
此外，一个塑料盖用来密封反光杯并防止接触LED和内部反光表面。Cree采用丙烯酸片材，19将其切割成80-mm的圆盘以便安装在反光
杯上方，如图6所示。极优质丙烯酸所造成的光损失不到3%。
图6: 丙烯酸塑料盖被切割以便安装在MT-G2 PAR38反光杯的上方
4. 计算所需的LED数量
1个。
本参考设计有两个目的，一是表明单个LED封装即可提供与市场上现有高端PAR38灯等效的照明效用和出色光效，二是证明有可能使用
XLamp MT-G2 LED来制作窄光束PAR38灯。MT-G2 LED是多芯片LED封装，可提供替换灯所需的CBCP，并达到新的LED到LED色彩
一致性和效率高度。新的XLamp MT-G2 LED的亮度比原MT-G多达25%，能够更快地实现出色的LED照明设计。
我们为本参考设计选择暖白光LED，如表7中黄色部分所示。通过选用中级别光通量分档的LED，我们确保了使用市场上随处可以买到的
LED即可达到本设计的目标。
19Evonik Industries公司的ACRYLITE®耐磨丙烯酸材料，www.acrylite.net/sites/dc/Downloadcenter/Evonik/Product/ACRYLITE/3489A%
20Abrasion%20Resistant%20Sheet%20bro.pdf
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XLAMP MT-G2 EASYWHITE LEDS
The following table provides several base order codes for 36-volt XLamp MT-G2 EasyWhite LEDs. For a complete
description of the order-code nomenclature, please reference page 13 of this document.
基本订货号
FLUX CHARACTERISTICS,
ORDER CODES,
mA,
最小光通量185 STANDARD
mA时
2阶订货号 BINS, 36-VOLT MT-G2 (185
4阶订货号
XLAMP MT-G2 EASYWHITE PAR38参考设计
相关色温
(lm)
TJ =
85
°C)
(CCT)
色彩
光通量
范围
光通量
(lm)several
(lm)base order
色品区域 codes for 36-volt XLamp MT-G2
色品区域
The following table 组
provides
EasyWhite LEDs. For a complete
(85 °C时) (25 °C*时)
description of the order-code nomenclature, please reference page 13 of this document.
5000 K
色彩
相关色温
(CCT)
4000
范围K
N0
863
P0
800
920
基本订货号
最小光通量185 mA时
K0
650
748
(lm)
M0
组
N0
标准显
色指数
EasyWhite
750
700
805
光通量
光通量
(lm)
(lm)
(85750
°C时) (25863
°C*时)
50H
MTGBEZ-00-0000-0N00N050H
50F
MTGBEZ-00-0000-0N00P050H
2阶订货号
MTGBEZ-00-0000-0N00K040H
40H
色品区域
MTGBEZ-00-0000-0N00N050F
MTGBEZ-00-0000-0N00P050F
4阶订货号
MTGBEZ-00-0000-0N00K040F
MTGBEZ-00-0000-0N00M040H
40F
色品区域
MTGBEZ-00-0000-0N00N040H
MTGBEZ-00-0000-0N00N040F
N0
K0
750
650
863
748
P0
M0
800
700
920
805
K0
N0
650
750
748
863
4000 K
M0
J0
700
600
805
690
40H
MTGBEZ-00-0000-0N00M040H
MTGBEZ-00-0000-0N00J030H
40F
MTGBEZ-00-0000-0N00M040F
MTGBEZ-00-0000-0N00J030F
3000 K
N0
K0
750
650
863
748
30H
MTGBEZ-00-0000-0N00N040H
MTGBEZ-00-0000-0N00K030H
30F
MTGBEZ-00-0000-0N00N040F
MTGBEZ-00-0000-0N00K030F
5000 K
3500 K
50H
35H
MTGBEZ-00-0000-0N00N050H
MTGBEZ-00-0000-0N00K035H
MTGBEZ-00-0000-0N00M040F
50F
35F
MTGBEZ-00-0000-0N00P050H
MTGBEZ-00-0000-0N00M035H
MTGBEZ-00-0000-0N00K040H
MTGBEZ-00-0000-0N00N035H
MTGBEZ-00-0000-0N00N050F
MTGBEZ-00-0000-0N00K035F
MTGBEZ-00-0000-0N00P050F
MTGBEZ-00-0000-0N00M035F
MTGBEZ-00-0000-0N00K040F
MTGBEZ-00-0000-0N00N035F
K0
M0
650
700
748
805
3500 K
M0
H0
700
560
805
644
35H
MTGBEZ-00-0000-0N00M035H
MTGBEZ-00-0000-0N00H027H
35F
MTGBEZ-00-0000-0N00M035F
MTGBEZ-00-0000-0N00H027F
2700 K
N0
J0
750
600
863
690
27H
MTGBEZ-00-0000-0N00N035H
MTGBEZ-00-0000-0N00J027H
27F
MTGBEZ-00-0000-0N00N035F
MTGBEZ-00-0000-0N00J027F
J0
K0
600
650
690
748
MTGBEZ-00-0000-0N00J030H
MTGBEZ-00-0000-0N00K027H
K0
M0
650
700
748
805
M0
N0
700
750
805
863
30H
MTGBEZ-00-0000-0N00K030H
MTGBEZ-00-0000-0N0HM050H
50H 表7: MT-G2 LED订货号
MTGBEZ-00-0000-0N00M030H
MTGBEZ-00-0000-0N0HN050H
80 CRI
H0
J0
5.
考虑所有设计方案
EasyWhite
560
600
644
690
MTGBEZ-00-0000-0N00H027H
MTGBEZ-00-0000-0N0HJ040H
J0
K0
600
650
690
748
K0
M0
650
700
748
805
MTGBEZ-00-0000-0N00K027H
MTGBEZ-00-0000-0N0HM040H
MTGBEZ-00-0000-0N00K027F
MTGBEZ-00-0000-0N0HM040F
M0
F0
700
480
805
552
MTGBEZ-00-0000-0N0HM050H
MTGBEZ-00-0000-0N0UF030H
MTGBEZ-00-0000-0N0HM050F
MTGBEZ-00-0000-0N0UF030F
G0
N0
520
750
598
863
MTGBEZ-00-0000-0N0UG030H
MTGBEZ-00-0000-0N0HN050H
MTGBEZ-00-0000-0N0UG030F
MTGBEZ-00-0000-0N0HN050F
标准显
色指数
EasyWhite
3000 K
5000 K
2700 K
4000
MTGBEZ-00-0000-0N00K035H
MTGBEZ-00-0000-0N00M030H
27H
40H
MTGBEZ-00-0000-0N00K035F
MTGBEZ-00-0000-0N00M030F
MTGBEZ-00-0000-0N00J030F
MTGBEZ-00-0000-0N00K027F
30F
50F
MTGBEZ-00-0000-0N00M030F
MTGBEZ-00-0000-0N0HN050F
MTGBEZ-00-0000-0N00H027F
MTGBEZ-00-0000-0N0HJ040F
MTGBEZ-00-0000-0N00J027H
MTGBEZ-00-0000-0N0HK040H
基于LED的改型PAR38灯有无数种设计方案。可散热并且能够装入标准PAR38
MTGBEZ-00-0000-0N00K030F
MTGBEZ-00-0000-0N0HM050F
27F
40F
MTGBEZ-00-0000-0N00J027F
MTGBEZ-00-0000-0N0HK040F
ANSI标准外壳的散热片也有无数种设计方式。本参考设
计中所证明的、由大新电业有限公司生产的PAR38散热片就是这样一款散热片。驱动LED和设计光学元件的方式也有许多种。通过与驱
动电源公司共同制作参考设计中所述的驱动电源以及与光学元件公司合作制作并选择适当的光学元件，我们实现了名副其实的150-W卤
3000
30H
30F
5000 K
50H
50F
90 CRI
素PAR38替换灯所需的性能。
EasyWhite
80 CRI
EasyWhite
2700 K
4000 K
E0
J0
440
600
506
690
F0
K0
480
650
552
748
27H
40H
MTGBEZ-00-0000-0N0UE027H
MTGBEZ-00-0000-0N0HJ040H
27F
40F
MTGBEZ-00-0000-0N0UF027H
MTGBEZ-00-0000-0N0HK040H
MTGBEZ-00-0000-0N0UE027F
MTGBEZ-00-0000-0N0HJ040F
MTGBEZ-00-0000-0N0UF027F
MTGBEZ-00-0000-0N0HK040F
本设计中有许多与性能相关的可取之处，这是XLamp MT-G2 LED封装的结果。由于XLamp MT-G2 LED采用EasyWhite技术，因此
M0
700
805
MTGBEZ-00-0000-0N0HM040H
MTGBEZ-00-0000-0N0HM040F
对于任何给定的相关色温(CCT)，LED到LED色彩一致性均可保持在2或4个麦克亚当椭圆内（视订货号而定）。XLamp
MT-G2 LED在
Notes:
F0
480
552
MTGBEZ-00-0000-0N0UF030H
MTGBEZ-00-0000-0N0UF030F
85°C时进行分档，因此，相关色温将尽可能忠实于系统工作环境。这些均是可在规格精确度方面达到新高度的组件功能。
• Cree maintains
a tolerance of ±7% on 30H and power measurements, ±0.005
3000 K
30F on chromaticity (CCx, CCy)
G0 ±2 on
520
598
MTGBEZ-00-0000-0N0UG030H
MTGBEZ-00-0000-0N0UG030F
measurements
and
CRI measurements.
90
CRI
• EasyWhite
Minimum CRI for E0
standard
EasyWhite
color
temperatures
27F,
27H,
30F,
30H,
35F,
35H
is
80.
440
506
MTGBEZ-00-0000-0N0UE027H
MTGBEZ-00-0000-0N0UE027F
但是，本参考设计的主要目的是为了表明采用Cree的XLamp
MT-G2
EasyWhite LED进行设计的简单性。本应用说明并不是为了表明
• Minimum2700
CRIK for standard EasyWhite color27H
temperatures, 40F, 40H, 50F, 50H is 70.
27F
F0
480
552 color temperatures
MTGBEZ-00-0000-0N0UF027H
MTGBEZ-00-0000-0N0UF027F
这样做的唯一方式，而是为了证明在重重工程技术限制下也可轻松实施。由于有专门的设计团队和资源，许多解决方案均是可行的。
• Typical CRI for standard
EasyWhite
40F, 40H, 50F, 50H is 75.
* Flux values @ 25 °C are calculated and for reference only.
Notes:
6.
完成最后步骤
and power measurements, ±0.005 on chromaticity (CCx, CCy)
• Cree maintains a tolerance of ±7% on
measurements andMT-G2
±2 onLED来制作PAR38实物原型的技术并显示了设计结果。
CRI measurements.
本节介绍了使用XLamp
• Minimum CRI for standard EasyWhite color temperatures 27F, 27H, 30F, 30H, 35F, 35H is 80.
• Minimum CRI for standard EasyWhite color temperatures, 40F, 40H, 50F, 50H is 70.
Copyright
© 2012
Cree,
Inc.
All
The
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• Typical
CRI
for
standard
EasyWhite
colorinintemperatures
40F,toto40H,
50H
isCree
75., the
2010
Cree,
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All rights
rights reserved.
reserved.
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the Cree
Creelogo
logoand
andXLamp
XLamp are
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is a trademark of Cree, Inc.
of Cree,
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* EasyWhite™
Flux
values
@ 25 °C are calculated and for reference only.
®
©
5
®
Copyright © 2012
, the
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2010 Cree,
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Inc. All
All rights
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EasyWhite™
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of Cree,
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5
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格，请参阅www.cree.com上提供的数据表。如需了解保修信息，请发送电邮至[email protected]联系Cree销售部。
10
XLAMP MT-G2 EASYWHITE PAR38参考设计
原型制作详细信息
本设计的本质是将Cree XLamp MT-G2 LED安装到散热片上并围绕它们组装必要的光学元件和驱动电源，以制作名副其实的150-W卤
素PAR38等效LED灯。组装步骤详述如下。
1. 验证组件尺寸，以确保正确的匹配。
2. 通过遵循Cree的MT-G2 LED焊接和处理应用说明中的建议，20利用合适的焊锡膏类型，将单个XLamp MT-G2 LED焊接到星形印刷
电路板 (PCB) 上。
3. 将接线器焊接到星形PCB上以接触驱动电源。
4. 将散热介质材料放置在PCB的背面，并将其安装到散热片上。在本参考设计中使用Timtronics公司的Silver Ice 710NS导热硅脂。21
5. 将星形PCB放置在散热片上，并将导线穿过散热片基板的通孔。
6. 将反光杯放置在散热片中，使其开孔处与PCB对准。
7. 使用M2.5x5螺丝将PCB和反光杯固定在散热片上。
8. 将驱动电源电路板插入塑料灯座中。
9. 将驱动电源输入线焊接到E26金属螺帽上。
10.将星形PCB的接线焊接到驱动电源上。
11.通过将散热片滑入塑料基板的凹槽中来将塑料基板安装到散热片上。在生产环境中，可使用粘接剂来固定该安装。
12.丙烯酸盖放置在反光杯上方。
13.将光学元件卡扣扣入散热片，使反光杯和丙烯酸盖就位。
14.进行最后的测试。
结果
散热结果
图7中所示的数据是通过将热电偶安装到PAR38散热片上安装的MT-G2 LED上收集的。数据分别是在330 mA灯在11.9 W实测功率下
工作以及500 mA灯在18.5 W实测功率下工作且环境温度均为25 °C时收集的。MT-G2 PAR38在330 mA时的TSP为44 °C。MT-G2
PAR38在500 mA时的TSP为55 °C。此散热性能与热模拟情况一致。
20 www.cree.com/xlamp_app_notes/MT_SH
21 Timtronics公司的Silver Ice数据表，www.timtronics.com/PDF/electconductive/Silver Ice 710NS.pdf
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11
XLAMP MT-G2 EASYWHITE PAR38参考设计
35
25°C 的环境温度
高于环境温度的温度 (°C)
30
500mA: 30.8 °C
（高于环境温度）
25
T_sp - T_amb
20
330mA: 19.0 °C
（高于环境温度）
15
10
5
0
0:00:00
0:15:00
0:30:00
0:45:00
1:00:00
1:15:00
时间（小时：分：秒）
图7: MT-G2 PAR38在330 mA和500 mA高于环境温度的实测焊点温度
基于实测焊点温度，结点温度(TJ)可计算如下。
TJ = TSP +（LED功率 * LED热阻）
TJ 在330 mA时 = 44 °C + (11.9 W * 1.5 °C/W)
TJ 在500 mA时 = 55 °C + (18.5 W * 1.5 °C/W)
TJ 在330 mA时 = 62 °C
TJ 在500 mA时 = 83 °C
LED估算寿命
由于XLamp MT-G2 LED是新组件，根据我们设计类似LED系统的经验，我们预计MT-G2 LED的流明维持率性能将至少与XLamp MT-G
EasyWhite LED一样出色。
图8显示了使用TM-21预测算法计算和报告的XLamp MT-G LED寿命（在3个焊点温度，输入电流为333-mA时，并且这3个焊点温度
均高于MT-G2 PAR38灯在 333 mA时的实测焊点温度）。Cree的MT-G LM-80数据集的持续时间是6,048小时（驱动电流为333-mA
时）。TM-21方法将预测限制为LM-80数据集持续时间的6倍。
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格，请参阅www.cree.com上提供的数据表。如需了解保修信息，请发送电邮至[email protected]联系Cree销售部。
12
TM-21 Lifetime Report
XLAMP MT-G2 EASYWHITE PAR38参考设计
TM-21
Lifetime Report
Ts1
XLamp MT-G EasyWhite (36V)
333 mA
Tsi (Interpolated)
Ts2
55°C
XLamp MT-G56°C
EasyWhite (36V)
85°C
LED
I
Tsp
LED
I Tsp
Ea/kB
数据集
A
Tsp
α
样本尺寸
β
测试持续时间
αCalculated L70
Reported L70
β
Calculated Lifetime
计算的寿命
Reported Lifetime
报告的寿命
328.15 K
1
55°C
3.936E-06
25
9.949E-01
6,048小时
L70(6k) = 89,300 hours
3.936E-06
L70(6k) > 36,300 hours
9.949E-01
L70(6k) = 89,300小时
L70(6k) > 36,300小时
329.15
333 mAK
1763.59
2
8.4936E-04
85°C
4.001E-06
25
9.939E-01
6,048小时
L70(6k) = 87,600 hours
6.174E-06
L70(6k) > 36,300 hours
9.928E-01
L70(6k) = 87,600 hours
L70(6k) = 56,600小时
L70(6k) > 36,300 hours
L70(6k) > 36,300小时
358.15 K
3
105°C
6.174E-06
25
9.928E-01
6,048小时
L70(6k) = 56,600 hours
4.767E-06
L70(6k) > 36,300 hours
9.635E-01
L70(6k) = 67,000小时
L70(6k) > 36,300小时
Reported L
Calculated
Reported L
110
105
55°C (LM-80)
65
50
60 1,000
55
10,000
L70: 89,300小时
70
55
85°C (LM-80)
L70: 67,000小时
80
65
75
60
L70: 56,600 小时
光通量 (%)
光通量 (%)
100
110
95
105
90
100
85
95
80
90
75
85
70
105°C (LM-80)
55°C (TM-21)
85°C (TM-21)
105°C (TM-21)
100,000
时间（小时）
图8: 333 mA时的MT-G TM-21数据
50
1,000
10,000
100,000
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图9显示了使用TM-21预测算法计算和报告的XLamp MT-G LED寿命（在3个焊点温度，输入电流为500-mA时，其中一个焊点温度是
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时间（小时）
MT-G2
PAR38灯的实测焊点温度）。Cree的MT-G LM-80数据集的持续时间是6,048小时（驱动电流为500-mA时）。TM-21方法将
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预测限制为LM-80数据集持续时间的6倍。
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格，请参阅www.cree.com上提供的数据表。如需了解保修信息，请发送电邮至[email protected]联系Cree销售部。
13
TM-21 Lifetime Report
XLAMP MT-G2 EASYWHITE PAR38参考设计
TM-21
Lifetime Report
XLamp MT-G EasyWhite (36V)
500 mA
Tsi (Interpolated)
LED
I
Ts1
Tsp
LED
ITsp
Ea/kB
数据集
A
Tsp
α
样本尺寸
β
测试持续时间
αCalculated L70
βReported L70
Calculated Lifetime
计算的寿命
Reported Lifetime
报告的寿命
XLamp MT-G 56°C
EasyWhite (36V)
328.15 K
329.15
500 mA K
803.28
4
5
3.7174E-05
55°C
85°C
3.215E-06
3.239E-06
25
25
9.705E-01
9.593E-01
6,048小时
6,048小时
L70(6k)3.215E-06
= 102,000 hours
L70(6k)
= 97,300 hours
3.946E-06
L70(6k)
> 36,300 hours
L70(6k)
> 36,300 hours
9.705E-01
9.482E-01
L70(6k)
hours
L70(6k) = 102,000小时
L70(6k) == 97,300
76,900小时
L70(6k)
>
36,300
hours
L70(6k) > 36,300小时
L70(6k) > 36,300小时
Ts2
55°C
85°C
358.15 K
6
105°C
3.946E-06
25
9.482E-01
6,048小时
L70(6k)
= 76,900 hours
4.126E-06
L70(6k)
> 36,300 hours
9.447E-01
L70(6k) = 72,700小时
L70(6k) > 36,300小时
Reported L70
Calculated Lif
Reported Life
110
100
110
95
105
90
100
85
95
80
90
75
85
70
80
65
75
55°C (LM-80)
60
70
55
65
50
60
1,000
55
50
1,000
10,000
L70: 102,000小时
85°C (LM-80)
L70:
L70:72,700小时
76,900 hrs
% Luminous Flux
光通量 (%)
105
105°C (LM-80)
55°C (TM-21)
85°C (TM-21)
105°C (TM-21)
100,000
1,000,000
时间（小时）
10,000
图9: 500 mA时的MT-G TM-21数据
100,000
1,000,000
Time (hours)
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由于在333
mA时MT-G报告的L70(6k)寿命大于36,300小时且计算的L70(6k)寿命为89,300小时，在500
mA时MT-G的L70(6k)寿命
data sheets available at www.cree.com.
为102,000小时，我们预计MT-G2
PAR38灯可轻松达到能源之星的流明维持率要求，在工作25,000小时后>
L70。
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14
XLAMP MT-G2 EASYWHITE PAR38参考设计
光学和电气结果
通过在2米范围内使用C类测角计对60分钟稳定时间过后的PAR38灯进行测试，我们获得了表8和表9中的结果。22
光学元件
Illumination Machines公司的MTG10
Illumination Machines公司的MTG10 +
Evonik公司的ACRYLITE耐磨盖
光学元件类型
光束孔径角 (°)
Cd/lm
光效
反光杯
8
22.0
92.3%
反光杯 + 盖子
8
21.3
90.1%
表8: MT-G2 PAR38灯的光学结果
表9显示了MT-G2
PAR38灯的稳态结果。在330
mA时的性能符合能源之星对119-W替换PAR38灯的要求，并且超过基准100-W和
120-W卤素PAR38灯的性能。在500 mA时的性能符合能源之星对145-W替换PAR38灯的要求，并且超过基准150-W和卤素PAR38灯
的性能。
光源
光通量
(lm)
灯功率
(W)
光效
(lm/W)
光束孔径角
(°)
中心光束光强
(CBCP)
(cd)
寿命
（小时）
相关色温
(CCT)
显色指数
(CRI)
MT-G2 PAR38 330 mA时
904
13.8
65.6
8
23,308
> 36,300
3032
80
MT-G2 PAR38 500 mA时
1277
21.6
59.1
8
29,737
> 36.300
3041
80
100-W聚光卤素PAR38灯
1500
100
15
10
17,500
2500
120-W聚光卤素PAR38灯
1800
120
15
10
20,000
2500
150-W聚光卤素PAR38灯
2200
150
15
10
25,500
2500
表9: MT-G2 PAR38灯的稳态结果和基准数据
我们拍了图10中的照片，以比较MT-G2 PAR38灯与对照90-W卤素灯的光分布。我们将灯放置在离表面1 m处，该表面上有间隔5-cm
的刻度。MT-G2 PAR38灯具有明亮、均匀、可控的光模式。MT-G2 PAR38灯是极其理想的窄点替换灯，可为博物馆中的艺术作品或商
店中的商品的外观增添光彩。
22 测试在Cree的达勒姆 (Durham) 技术中心进行。PAR38灯的IES文件可在以下网站查阅：www.cree.com/xlamp_app_notes/MT-G2_PAR38_
330mA_ies and www.cree.com/xlamp_app_notes/MT-G2_PAR38_500mA_ies
版权所有© 2012 Cree, Inc.保留所有权利。本文件中的信息若有更改，恕不另行通知。Cree®、Cree徽标及XLamp®均为Cree, Inc.的注册商标，SC3 Technology为Cree, Inc.的商标。如需了解产品规
格，请参阅www.cree.com上提供的数据表。如需了解保修信息，请发送电邮至[email protected]联系Cree销售部。
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XLAMP MT-G2 EASYWHITE PAR38参考设计
图10: 90-W卤素灯（左）与MT-G2 PAR38灯的光模式比较（右）
我们还测试了MT-G2 PAR38灯的光强分布，如图11所示。该灯在光束孔径角狭窄时具有均匀的光强分布。
图11: XLamp MT-G2 PAR38灯的测角强度极坐标图（左：330 mA，右：500 mA）
表10和表11分别显示了MT-G2 PAR38灯在距离光源不同位置时的中心光束照度。
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XLAMP MT-G2 EASYWHITE PAR38参考设计
高度
照度
光束宽度
1.0 m
3.3 ft
2,165 fc
23,308 lx
100 cm
0.33 ft
2.0 m
6.6 ft
541 fc
5,827 lx
300 cm
0.98 ft
3.0 m
9.8 ft
241 fc
2,590 lx
400 cm
1.3 ft
4.0 m
13.1 ft
135 fc
1,457 lx
600 cm
1.97 ft
5.0 m
16.4 ft
87 fc
932 lx
700 cm
2.3 ft
表10: MT-G2 PAR38灯在330 mA时的中心光束照度（光束孔径角为8°时）
高度
照度
光束宽度
1.0 m
3.3 ft
2,763 fc
29,737,lx
100 cm
0.33 ft
2.0 m
6.6 ft
691 fc
7,434 lx
300 cm
0.98 ft
3.0 m
9.8 ft
307 fc
3,304 lx
400 cm
1.3 ft
4.0 m
13.1 ft
173 fc
1,859 lx
600 cm
1.97 ft
5.0 m
16.4 ft
111 fc
1,190 lx
700 cm
2.3 ft
表11: MT-G2 PAR38灯在500 mA时的中心光束照度（光束孔径角为8°时）
结语
本参考设计证明了将Cree XLamp MT-G2 EasyWhite LED集成到传统PAR38尺寸外壳中并获得出色结果的容易程度。本设计采用适当
的散热设计、光控制和驱动电源设计来高效和有效地达成能源之星对120-W和150-W等效窄光束PAR38灯所述的目标。我们选择驱动电
流和散热片来轻松实现最低L70 25,000小时的寿命。本文件是为了表明采用单个MT-G2 LED组件可实现和可达到该性能水平，而不是
为了表明这是设计出色的LED PAR38灯的唯一方式。
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XLAMP MT-G2 EASYWHITE PAR38参考设计
特别鸣谢
Cree特此感谢以下公司为本参考设计给予的高见和合作：Diodes公司、Evonik公司、Illumination Machines公司、On Semiconductor
公司、Power Integrations公司以及大新电业有限公司。本设计中使用的XLamp MT-G2 LED在是工程原型。同样地，其中一些合作伙伴
公司提供了先进的设计原型，并且这些原型可被进一步优化以提高可制造性和性能。如需这些原型以及其他散热、驱动电源和光学产品的
最新信息，请直接与它们联系。
•
Diodes公司 - www.diodes.com/
•Evonik公司 - corporate.evonik.com/
•
Illumination Machines公司 - www.illuminationmachines.com/
•On Semiconductor公司 - www.onsemi.com/
•
Power Integrations公司 - www.powerint.com/
•
大新电业有限公司 - www.hztaisun.com/
用户完全承担因依赖本应用说明中的任何信息所产生的风险。Cree及其附属公司不作出有关本文件中的信息或任何按照本参考设计制造的LED灯或光源（包括但不限于不侵犯
Cree或第三方的知识产权的灯或光源）的任何保证或声明，亦不承担任何相关法律责任。如果光源制造商根据任何Cree应用说明或参考设计进行全部或部分的产品设计，则该
制造商必须全权负责确保其产品符合所有适用的法律和行业要求。
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