Cree® XLamp® LED工作容量 目录 前言与摘要 前言与摘要........................................................... 1 本文件论证了Cree称作“LED工作容量”的这个概念的应用， 设计方法／目标..................................................... 3 以尽可能提高LED的利用率，而不是以其分档电流来驱动LED。 六步骤法.............................................................. 3 本设计表明，在设计电流容量下驱动LED提供了多种降低成本的 1. 确定照明要求................................................... 3 选择。 CLD-AP89 rev 0A 应用说明 www. cree.com/Xlamp 2. 确定设计目标................................................... 6 3. 估算光学系统、热系统和电气系统的效率.................. 6 在当今LED市场中，对于任何特定的照明项目，市场上均有众多 4. 计算所需的LED数量........................................ 10 高功率LED可供选择。然而，并非所有LED都是相同的，要制造 5. 考虑所有设计方案........................................... 10 高性能、可靠的LED照明产品，必须加以特别小心。对于基于 6. 完成最后步骤：实施和分析................................ 10 LED的灯具设计，一个关键参数是正向驱动电流，因为它决定了 结语................................................................. 17 最终光源的流明输出、光效和寿命。 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 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。本文件仅供参考， 注册商标。 不是保修单或规格。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。其他商 标、产品和公司名称均为其各自所有者的财产，并不意味着特定的产品和／或供应商的认可、赞助或关联。 Cree, Inc. 4600 Silicon Drive Durham, NC 27703 美国电话：+1.919.313.5300 XLamp LED工作容量 什么是LED工作容量？ 高功率LED按照设定电流水平下的流明输出进行分档。业界选择单个电流水平作为分档电流，并且传统上使用的是350 mA。随着LED 技术 的不断进步，出现了工作范围最高可达到最大驱动电流的LED，而这个LED最大驱动电流可能要高于分档电流。以接近于最大指定驱动电 流的电流来驱动LED可使其光输出远远高于分档电流下的光输出。我们把驱动LED发挥其最大能力的潜能称作LED工作容量，即在最大驱 动电流下产生的光通量。 图1显示了分档电流与最大驱动电流下的光输出对比。以高于分档电流的电流驱动LED可使每个LED产生更多的流明，从而减少所需LED 的数量，降低系统成本。也就是说在高于分档电流的电流下驱动LED可利用原本未利用的LED工作容量。 ܿൿԟĩܿྲྀ LEDୃ৳ LPWܿྲྀ ൔႬ֩ୃ৳ = $$$ ֚ٷ (350mA) ܿൿԟ պ౾ײ (1500mA) ൿೊ( If, mA) 图1：高于LED分档电流时未利用的LED工作容量 请注意，驱动电流限制还可能受其他因素的影响，如能源之星®的最小光效要求、系统散热性能以及LED L70寿命等。 本参考设计以一只使用Cree XLamp XP-G高功率LED的6英寸筒灯灯具来论证LED工作容量概念。XLamp XP-G LED可在0.35 A至 1.5 A的各种正向驱动电流范围内工作，能提供充分的机会来显示在远高于分档电流下驱动LED时所具备的优点。我们制作了2种筒灯设 计。设计1使用12只XP-G LED，在其0.35 A分档电流下驱动；设计2使用5只LED，在1 A电流下驱动。5-LED筒灯可以不到一半的LED 产生与12-LED筒灯几乎相同的光输出和光分布。两款筒灯均达到能源之星™的光效、相关色温 (CCT) 和显色指数 (CRI) 要求。因此， 利用LED的工作容量成了那些要求以更低的成本获得最大流明输出的应用一个非常有吸引力的选择。 2 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。本文件仅供参考，不是保修单或规格。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。 2 XLamp LED工作容量 设计方法／目标 在“LED光源设计指南”1中，Cree提出了一个用于制作LED光源的六步骤框架。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。 • 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。 3. 估算光学系统、热系统和电气系统 的效率 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。 • 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。 6. 完成最后步骤 表1：Cree六步骤框架 六步骤法 我们的目标是为了在6英寸筒灯设计中论证应用LED工作容量这个概念。因此，最好的证明方法就是制作一只能满足现实世界要求 的筒灯。 1. 确定照明要求 表2列出了筒灯参考设计需要考虑的特性，并按重要性顺序排列。 1 LED光源设计指南，应用说明AP15，www.cree.com/~/media/Files/Cree/LED%20Components%20and%20Modules/XLamp/ XLamp%20Application%20Notes/LED_Luminaire_Design_Guide.pdf 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。本文件仅供参考，不是保修单或规格。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。 3 XLamp LED工作容量 重要性 特性 单位 价格 $ 可制造性 关键 光通量（稳态） 流明 (lm) 光效 流明每瓦 (lm/W) 照度分布 色彩均匀性 形态 重要 寿命 小时 工作温度 °C 工作湿度 %相对湿度 相关色温 (CCT) K 显色指数 (CRI) 100点尺度 安装容易度 表2：针对LED筒灯分级排列的一些设计准则 尽管本参考设计的主要目的是为了论证应用LED工作容量这个概念，它还证明了在高于分档电流下驱动LED并不妨碍同时满足诸如能源之 星之类的要求。表3和表4总结了针对光源的能源之星要求。2 光源类型 筒灯 • • • • 能源之星要求 光源光效（初始） 42 lm/W 嵌入灯 吸顶灯 吊灯 SSL筒灯改型 光源最小光输出（初始） ≤ 4.5”孔径：345流明 光源区域流明密度要求 光源必须在0-60°区域内达到初始总流明的至少 75%（轴向最低点对称） > 4.5”孔径：575流明 表3：能源之星光效、光输出和区域流明密度要求 特性 光源寿命要求：所有光源 最低目标 LED封装／LED模块／LED阵列（包括被纳入LED光引擎或基于GU24的整体式LED灯中的LED封装／模块／ 阵列）必须达到以下L70流明维持率寿命值要求（参见下节中的流明维持率要求）： 家用级室内光源25,000小时 家用级室外光源35,000小时 商用级光源35,000小时 超出上述要求的流明维持率寿命预测声明必须通过TM-21流明维持率寿命预测报告加以证明。 2 能源之星®计划要求，光源（灯具）的产品规格，资格标准，版本1.1，www.energystar.gov/ia/partners/prod_development/new_specs/ downloads/luminaires/Final_Luminaires_Program_Requirements.pdf 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。本文件仅供参考，不是保修单或规格。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。 4 XLamp LED工作容量 特性 流明维持率要求：定向和非定向光源 最低目标 LED封装／模块／阵列（包括被纳入LED光引擎或基于GU24的整体式LED灯中的LED封装／模块／阵列）必须达 到以下L70(6k)额定流明维持率寿命值，在原位： • 家用室内L70(6k) ≥ 25,000小时 • 家用室外或商用L70(6k) ≥ 35,000小时 上述要求的符合情况必须通过TM-21流明维持率寿命预测报告加以记录（详见TM-21第7节）。该报告必须根据 所采用LED封装／模块/阵列型号（简称“设备”）的LM-80测试报告中的数据、各个设备所使用的正向驱动电流 以及光源中最热LED的原地TMPLED温度来制作。除LM-80报告要求之外，还必须报告以下信息： • • • • • • 抽样方法和样本大小（依照LM-80第4.3节） 各个TS和驱动电流组合的测试结果 设备描述，包括型号以及设备是否是LED封装、模块或阵列（参见“定义”部分） ANSI目标以及样本集中各个设备的计算相关色温值 样本集中各个设备在CIE 1976色彩空间上的Δ u’v’色品位移值 详细的理由及其证明数据，以便将结果应用于其他设备（如具有其他相关色温值的LED封装） 可通过在光源壳体中开一个极小的孔（如果出于测试目的，可用合适的密封胶重新封紧该孔），来获知TMPLED， 从而获知最热的LED。 必须对所有热电偶附装件和光源壳体的侵扰物进行拍照。 相关色温要求：所有室内光源 光源（定向光源）或可替换LED光引擎或基于GU24的整体式LED灯（非定向光源）的额定相关色温值均须为以下 之一： • • • • • 2700开尔文 3000开尔文 3500开尔文 4000开尔文 5000开尔文（仅限于商用） 光源、LED光引擎或基于GU24的整体式LED灯还均须在相应的7阶色品四边形范围内（如ANSI／NEMA／ ANSLG C78.377-2008中所定义）。 显色要求所有室内光源 光源（定向光源）或可替换LED光引擎或基于GU24的整体式LED灯（非定向光源）均须达到或超过Ra ≥ 80。 色彩角均匀度要求：定向固态室内光源 在上面详述的整个区域流明密度角度内，以及该角度范围五度以外，在CIE 1976 (u’,v’) 色彩空间上的色品变化 均须在加权平均点的0.004的范围内。 色彩维持率要求：仅限于固态室内光源 在光源工作头6,000小时中，在CIE 1976 (u’,v’) 色彩空间上的色品变化均须在0.007的范围内，如以下任一方 式所证明： • 所采用LED封装／阵列／模块型号的IES LM-80测试报告，或 • 0和6,000小时时LM-79报告中光源的色品数据比较， • 或0和6,000小时时LM-82报告中LED光引擎或基于GU24的整体式LED灯的色品数据比较。 光源启动时间要求：定向和非定向光源 光源必须在通电后1秒钟内保持持续照亮。 光源上升时间要求：定向和非定向光源 光源必须在通电后1分钟内达到稳定流明输出的90%。 功率因数要求：定向和非定向光源 光源总输入功率小于或等于5瓦：PF ≥ 0.5 光源总输入功率大于5瓦： 家用：PF ≥ 0.7 商用：PF ≥ 0.9 瞬变保护要求：所有光源 镇流器或驱动电源必须符合ANSI／IEEE C62.41.1-2002和ANSI／IEEE C62.41.2-2002（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。 工作频率要求：定向和非定向光源 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。 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。本文件仅供参考，不是保修单或规格。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。 5 XLamp LED工作容量 特性 噪音要求：定向和非定向光源 最低目标 光源内使用的所有镇流器和驱动电源均须达到A类噪音评级。 建议以使光源在工作时发出的声音不会超过24 dBA的实测水平的方式来安装镇流器和驱动电源。 电磁和射频干扰要求：定向和非定向光源 电源和／或驱动电源必须达到FCC要求： • A类——用于商业、工业或商务环境的电源或驱动电源（不包括用于公用或家用的设备）。 • B类——用于住宅环境的电源或驱动电源（无论是否用于商业、商务和工业环境）。 表4：能源之星光源要求 2. 确定设计目标 表5列出了本项目的设计目标。 特性 单位 lm 光输出 照度分布 最低目标 预定目标 900 > 900 两个灯具完全相同 W 功率 光源光效 寿命 相关色温 (CCT) 20 < 20 lm/W 45 55 小时 35,000 35,000 K 3000 3000 显色指数 (CRI) 80 > 80 功率因数 0.9 > 0.9 30 40 最大环境温度 °C 表5：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”）来确定各个设计方案的驱动电流。3 对于900流明的目标，我们采用的是典型的85%光效和83%驱动电源效率。我们还估算两个设计方案的焊点温度分别为65 °C和 75 °C。 3 可访问以下网址获取PCT：pct.cree.com 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。本文件仅供参考，不是保修单或规格。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。 6 XLamp LED工作容量 Compare: System: SYS lm tot 13 SYS # LED11 SYS W Target Lumens : Current Display Range: 12 SYS lm/W 15 Optical Efficiency: 900 电流 (A) 光通量 0.100 0.150 0.200 0.250 0.300 0.350 0.400 0.450 0.500 0.550 0.600 0.650 0.700 0.750 0.800 0.850 0.900 0.950 1.000 1.100 1.200 1.300 $ 价格 6 - Tsp (ºC) 900.4 909.5 914.9 954.5 921.4 900.4 925.3 926.7 904.9 984 928.3 993.5 906.1 959 1010.1 1059.9 923.3 962.2 999.6 1070.7 909.2 958.1 系统LED数量 37 25 19 16 13 11 10 9 8 8 7 7 6 6 6 6 5 5 5 5 4 4 系统瓦数 11.96 12.32 12.68 13.54 13.39 13.4 14.1 14.45 14.44 16.05 15.48 16.94 15.78 17.06 18.34 19.64 17.46 18.55 19.65 21.86 19.26 21.03 型号 107.0 光通量 65 价格 2.0 LED倍数 系统总流明 83% LED 2 Cree XLamp 25XP-G {CW/NW/WW} Q5 [107] 3 Electrical Efficiency: 85% LED 1 型号 Medium (0.1A - 2.0A) x1 75.3 73.8 72.2 70.5 68.8 67.2 65.6 64.1 62.7 61.3 60 58.7 57.4 56.2 55.1 54 52.9 51.9 50.9 49 47.2 45.6 Q5 [107] $ 6 - 1 系统流明/瓦 LED 3 Tsp (ºC) 906.3 926.9 943.8 935.4 902.9 962.4 906.7 908 997.5 964 909.4 973.3 1035.5 939.4 989.5 1038.2 904.3 942.4 978.9 1048.6 1112.9 938.1 系统LED数量 38 26 20 16 13 12 10 9 9 8 7 7 7 6 6 6 5 5 5 5 5 4 系统瓦数 12.19 12.72 13.25 13.45 13.3 14.51 14 14.35 16.13 15.95 15.38 16.83 18.29 16.95 18.23 19.52 17.35 18.44 19.53 21.73 23.93 20.9 107.0 Flux 73 Price 2.0 LED倍数 系统总流明 Model Cree XLamp 25XP-G {CW/NW/WW} x1 1 (none) 1 $ 1 LED Multiple 系统流明/瓦 74.4 72.9 71.2 69.6 67.9 66.3 64.8 63.3 61.8 60.5 59.1 57.8 56.6 55.4 54.3 53.2 52.1 51.1 50.1 48.3 46.5 44.9 #N/A #N/A #N/A #N/A #N/A #N/A #N/A #N/A #N/A #N/A #N/A #N/A #N/A #N/A #N/A #N/A #N/A #N/A #N/A #N/A #N/A #N/A #N/A #N/A #N/A #N/A #N/A #N/A #N/A #N/A #N/A #N/A #N/A #N/A #N/A #N/A #N/A #N/A #N/A #N/A #N/A #N/A #N/A #N/A 图2：所用LED数量和驱动电流的PCT视图 PCT产生以下结果： 设计方案1：在350 mA时，11个LED看似足够，但光输出却仅能勉强达到目标，因此为了安全起见，我们选择使用12个LED。 设计方案2：5个LED可在900 mA时达到900 lm；但这需要定制的驱动电源。由于驱动电源可放在筒灯外部，不受空间限制，因此我们 选择采用现成的驱动电源和1 A的电流来代替。 散热要求 本参考设计中的6英寸筒灯的几何形状简单，因此我们决定定制一个铝外壳，如图3所示。此外，我们还决定使用一款市场上买得到的散 热片 (如图4所示) ，将其安装在外壳的背面进行散热。4 4 零部件编号637303B03000, AAVID Thermalloy公司网站：www.aavidthermalloy.com/product-group/led 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。本文件仅供参考，不是保修单或规格。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。 7 XLamp LED工作容量 图3：定制的铝外壳 图4：散热片 为了确保本散热设计的效用，我们对两个光源设计方案进行了热模拟。我们假设，约75%的输入功率被转换为热，其余被转换为光。 我们在模拟中采用了6英寸的容器和天花板来模拟现实应用条件。 图5显示了12-LED设计方案在350 mA时的热模拟结果。模拟的TSP为55 °C。 图5：12-LED筒灯（左）和安装在天花板上的筒灯（右）的热模拟 图6显示了5-LED设计方案在1000 mA时的热模拟结果。模拟的TSP为73 °C。 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。本文件仅供参考，不是保修单或规格。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。 8 XLamp LED工作容量 图6：5-LED筒灯（左）和安装在天花板上的筒灯（右）的热模拟 驱动电源 由于用于6英寸筒灯的驱动电源能放置在天花板上靠近筒灯外壳的位置，对驱动电源没有尺寸限制。因此，没必要为本参考设计定制一个 驱动电源。我们决定采用由Thomas Research公司生产的现成驱动电源。5两个驱动电源都是标准的电流型元件，具有约87%的效率。 用于12-LED筒灯的350 mA驱动电源 用于5-LED筒灯的1000 mA驱动电源 图7：驱动电源 二次光学元件 在多LED照明系统中，通常使用柔光罩作为二次光学元件来尽可能减少眩光和热点，并使光均匀分布。许多情况下，在LED和柔光罩之间 使用一个白色的反光杯，以形成一个光回收腔，使光输出最大。在本参考设计中，我们尝试了许多种反光杯和柔光罩的组合，最后发现 5 350 mA驱动电源零部件编号LED20W-24-C0700，1000 mA驱动电源零部件编号LED25W-24-C1040；Thomas Research公司网站： www.thomasresearchproducts.com/led_drivers.htm 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。本文件仅供参考，不是保修单或规格。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。 9 XLamp LED工作容量 一种白色反光纸、一种Bright View Technologies生产的柔光罩6，搭配使用一款商用筒灯装饰套件7，可将所有元件组合在一起，为本 设计构造了一种成功的二次光学元件。 图8：柔光罩透镜 4. 计算所需的LED数量 设计方案1采用12个Q5光通量组的XP-G LED，驱动电流为350 mA。 设计方案2采用5个Q5光通量组的XP-G LED，驱动电流为1000 mA。 5. 考虑所有设计方案 通过使用上述方法，我们确定了LED、组件和驱动条件的适当组合。本节描述了Cree如何组装筒灯并比较了两个设计方案的结果。 6. 完成最后步骤：实施和分析 本节介绍了使用XLamp XP-G LED来制作筒灯实物原型的一些技术。 原型制作详细信息 1. 我们验证组件尺寸，以确保正确的匹配。 2. 按照Cree XP-G LED焊接和处理应用说明中的建议8，利用合适的焊锡膏类型和回流焊接温度，将LED回流焊接到金属核心印刷电路 板 (MCPCB) 上。用异丙醇 (IPA) 清除焊剂残留物。 6 7 8 零部件编号P001，Bright View Technologies公司网站：www.brightviewtechnologies.com Halo公司网站：www.residential-landscape-lighting-design.com/store/ppf/manufacturer_id/17/manufacturer_categories.asp Cree XLamp XP系列LED焊接和处理应用说明AP25，www.cree.com/~/media/Files/Cree/LED%20Components%20and%20Modules/ XLamp/XLamp%20Application%20Notes/XLampXP_XT_SH.pdf 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。本文件仅供参考，不是保修单或规格。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。 10 XLamp LED工作容量 3. 将驱动电源输入线焊接到MCPCB上。给LED通电检查其是否点亮，来测试连接是否正常。 4. 将一薄层散热膏涂到MCPCB的背面，并用螺丝将MCPCB固定到铝制外壳上。 5. 将一薄层散热膏涂到铝制外壳的背面，并用螺丝将翅片式散热片固定。 6. 用双面胶将白色反光纸固定到MCPCB上。 7. 将柔光罩装饰盖固定到铝制外壳。 8. 用连接器将LED直流输入线连接到驱动电源直流输出线上。 9. 进行最后的测试。 结果 我们比较了两个流明输出相同但LED使用数量和工作电流不同的筒灯设计方案。结果表明，发挥LED工作容量能够使设计人员在降低成本 的同时保持性能和可靠性。 散热结果 Cree用热电偶和红外热像仪来验证电路板的温度，以确认散热片的散热性能与我们的模拟情况一致。12-LED筒灯的焊点温度为 52 °C。5-LED筒灯的焊点温度为74 °C。两个结果均与模拟情况比较一致，这表明散热片可满足本设计的要求。 图9：12-LED（左）和5-LED（右）XP-G筒灯的散热结果 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。本文件仅供参考，不是保修单或规格。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。 11 XLamp LED工作容量 LED估算寿命 我们使用Cree的TM-21计算器工具 (Calculator Tool) 来预测本筒灯所采用的XP-G LED的寿命。图10显示了使用TM-21预测算法计算 TM-21 Lifetime Report 和报告的XP-G LED寿命（在3个焊点温度，输入电流为500-mA时）。 LED I 数据集 Tsp 样本尺寸 测试持续时间 α β 计算的寿命 报告的寿命 7 45°C 25 10,080小时 -1.322E-06 1.005E+00 α<0；参见报告的寿命 L70(10k) > 60,500小时 XLamp XP-G白光 500 mA 8 55°C 25 10,080小时 3.963E-07 1.006E+00 L70(10k) = 914,000小时 L70(10k) > 60,500小时 9 85°C 25 10,080小时 -1.060E-06 9.996E-01 α<0；参见报告的寿命 L70(10k) > 60,500小时 Reported L70 Calculated Lifetime Reported Lifetime 110 105 100 95 光通量 (%) 90 85 45°C (LM-80) 80 55°C (LM-80) 85°C (LM-80) 75 45°C (TM-21) 70 55°C (TM-21) 65 85°C (TM-21) 60 55 50 1,000 10,000 100,000 1,000,000 时间（小时） 图10：500 mA时的XP-G TM-21数据 This document is provided for informational purposes only and is not a warranty or a specification. For product specifications, please see the data sheets available at www.cree.com. Copyright © 2011 Cree, Inc. All rights reserved. The information in this document is subject to change without notice. Cree, the Cree logo and XLamp are registered trademarks of Cree, Inc. 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。本文件仅供参考，不是保修单或规格。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。 12 XLamp LED工作容量 图11显示利用插值法从图10中的数据得到的XP-G LED的计算寿命和报告寿命（12-LED灯的实测TSP为52 °C时，但驱动电流为500 mA， 高于本参考设计中使用的350 mA）。在报告的L70(10k)寿命大于60,500小时并且计算的L70(10k)寿命为914,000小时的情况下，我们 TM-21 Lifetime Report 预计12-LED筒灯可轻松达到能源之星的寿命要求。 XLamp XP-G白光 500 mA Tsi（内插） LED I Ts1 Tsp Tsp Ea/kB A α β 计算的L70 报告的L70 计算的寿命 报告的寿命 Ts2 45°C 52°C 55°C 318.15 K 325.15 K N/A N/A N/A N/A L70(10k) = 914,000小时 L70(10k) > 60,500小时 L70(10k) = 914,000小时 L70(10k) > 60,500小时 328.15 K -1.322E-06 1.005E+00 α<0；参见报告的寿命 L70(10k) > 60,500小时 3.963E-07 1.006E+00 L70(10k) = 914,000小时 L70(10k) > 60,500小时 110 105 100 95 85 45°C (LM-80) 80 55°C (LM-80) 75 85°C (LM-80) 70 45°C (TM-21) 65 55°C (TM-21) 60 85°C (TM-21) 55 52°C (LM-80) 50 1,000 10,000 100,000 L70: 914,000小时 光通量 (%) 90 1,000,000 时间（小时） 图11：XP-G的TM-21报告（在500 mA，TSP为52 °C时） This document is provided for informational purposes only and is not a warranty or a specification. For product specifications, please see the data sheets available at www.cree.com. Copyright © 2011 Cree, Inc. All rights reserved. The information in this document is subject to change without notice. Cree, the Cree logo and XLamp are registered trademarks of Cree, Inc. 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。本文件仅供参考，不是保修单或规格。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。 13 XLamp LED工作容量 TM-21 Lifetime Report 图12显示了使用TM-21预测算法计算和报告的XP-G LED寿命（在3个焊点温度，输入电流为1000mA时）。 LED I 数据集 Tsp 样本尺寸 测试持续时间 α β 计算的寿命 报告的寿命 10 55°C 20 10,080小时 -4.219E-06 9.847E-01 α<0; see Reported Lifetime L70(10k) > 60,500小时 XLamp XP-G白光 1000 mA 11 85°C 20 10,080小时 1.284E-06 1.016E+00 L70(10k) = 290,000小时 L70(10k) > 60,500小时 12 105°C 20 6,048小时 5.561E-06 1.007E+00 L70(6k) = 65,500小时 L70(6k) > 36,300小时 110 105 100 95 光通量 (%) 90 85 55°C (LM-80) 80 85°C (LM-80) 105°C (LM-80) 75 55°C (TM-21) 70 85°C (TM-21) 65 105°C (TM-21) 60 55 50 1,000 10,000 100,000 1,000,000 时间（小时） 图12：1,000 mA时的XP-G TM-21数据 This document is provided for informational purposes only and is not a warranty or a specification. 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Cree, the Cree logo and XLamp are registered trademarks of Cree, Inc. 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。本文件仅供参考，不是保修单或规格。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。 14 XLamp LED工作容量 图13显示利用插值法从图10中的数据得到的XP-G LED的计算寿命和报告寿命（5-LED灯的实测TSP为74 °C 时）。在报告的L70(10k)寿 TM-21 Lifetime Report 命大于60,500小时并且计算的L70(10k)寿命为290,000小时的情况下，我们预计5-LED筒灯也可轻松达到能源之星的寿命要求。 XLamp XP-G白光 1000 mA Tsi（内插） LED I Ts1 Tsp Tsp Ea/kB A α β 计算的L70 报告的L70 计算的寿命 报告的寿命 Ts2 55°C 74°C 85°C 328.15 K 347.15 K N/A N/A N/A N/A L70(10k) = 290,000小时 L70(10k) > 60,500小时 L70(10k) = 290,000小时 L70(10k) > 60,500小时 358.15 K -4.219E-06 9.847E-01 α<0；参见报告的寿命 L70(10k) > 60,500小时 1.284E-06 1.016E+00 L70(10k) = 290,000小时 L70(10k) > 60,500小时 110 55°C (LM-80) 105 85°C (LM-80) 100 105°C (LM-80) 95 55°C (TM-21) 光通量 (%) 90 85°C (TM-21) 85 105°C (TM-21) 80 74°C (LM-80) 75 L70: 290,000小时 70 65 60 55 50 1,000 10,000 100,000 1,000,000 时间（小时） 图13：XP-G的TM-21报告（在1,000 mA，TSP为74 °C时） This document is provided for informational purposes only and is not a warranty or a specification. 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Cree, the Cree logo and XLamp are registered trademarks of Cree, Inc. 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。本文件仅供参考，不是保修单或规格。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。 15 XLamp LED工作容量 光学和电气结果 我们对两个设计方案的筒灯原型在2米范围内进行了30分钟的测试，并且得到表6中的结果。9如该表所示，两种设计方案均可达到900 lm 的设计目标。两种设计方案也均可达到能源之星的光效和显色指数要求。较之5-LED设计方案，12-LED设计方案的功率降低约25%且 光效增加约15 lm/W。但是，5-LED设计方案使用的LED数量不到12-LED设计方案的一半，显著节省了费用。 请注意，寿命值仅针对XP-G LED，而并不反映筒灯其他组件的寿命。 单位 12-LED筒灯 光输出（接通30分钟） lm 943 930 电流 mA 350 1000 功率 W 14.5 19.2 光效 lm/W 65.0 48.4 K 3000 3020 特性 相关色温 (CCT) 驱动电源效率 5-LED筒灯 % L70(10k)报告的寿命 小时 > 60,500（500 mA时） > 60,500（1,000 mA时） L70(10k)计算的寿命 小时 914,000（500 mA时） 290,000（1,000 mA时） 80.6 80.2 显色指数 (CRI) TSP °C 52 74 TJ（计算的） °C 57 89 表6：12-LED和5-LED XP-G筒灯比较 我们还测试了两个设计方案的光强分布图14表明，两个筒灯的光强分布非常类似5-LED筒灯具有与12-LED筒灯几乎完全相同的光强分 布，但使用的LED数量减少了60%。尽管LED的数量和位置存在差异，柔光罩仍使光均匀分布。 9 测试在Cree位于加利福尼亚州圣巴巴拉的工厂进行。 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。本文件仅供参考，不是保修单或规格。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。 16 Figure 14 XLamp LED工作容量 165170175 600 160 155 150 145 500 140 135 130 400 125 120 300 115 110 200 105 100 100 95 90 0 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 3025 2015 10 5 180 0 12-LED筒灯 12 pcs XPG 175170165 55-LED pcs XPG 筒灯 160 155 150 145 140 135 130 125 120 115 110 105 100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 2025 15 5 10 图14：12-LED和5-LED XP-G筒灯的光强角分布 结语 本参考设计通过基于Cree XLamp XP-G高功率LED的6英寸筒灯来实例说明LED工作容量这一概念。5-LED筒灯使用数量少60%的 LED 达到了与12-LED筒灯相同的光输出。两个筒灯均达到目标流明输出和光效。由于XP-G LED的最大驱动电流为1.5 A，因此即使在本参 考设计中，也有部分LED工作容量尚未得到完全利用。更高的驱动电流可增加光输出并减少LED的使用数量。任何照明设计均须权衡考虑 许多因素，包括光效、热管理、色品和长期可靠性，10并且对LED工作容量这一概念的应用使照明设计师和工程师能够减少LED的使用数 量，从而降低成本而又不牺牲性能或可靠性。 10 有关XLampLED在不小于最大驱动电流的电流下工作的其他信息，请参阅“XLampLED的脉冲过电流驱动：相关信息和注意事项”，应用说明AP60， www.cree.com/~/media/Files/Cree/LED%20Components%20and%20Modules/XLamp/XLamp%20Application%20Notes/ XLampPulsedCurrent.pdf 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。本文件仅供参考，不是保修单或规格。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。 17