照明級(jí)LED能夠提供通用照明應(yīng)用所要求的亮度、效率、壽命、色溫和白點(diǎn)穩(wěn)定性（white-point stability），能夠極大地降低總體擁有成本（TCO）。本文介紹了采用大功率LED的照明應(yīng)用設(shè)計(jì)的6個(gè)基本步驟：
（1）確定照明需求；
（2）確定設(shè)計(jì)目標(biāo)；
（3）估計(jì)光學(xué)系統(tǒng)、熱系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)的效率；
（4）計(jì)算需要的LED數(shù)量；
（5）考慮所有設(shè)計(jì)可能并選擇最佳設(shè)計(jì)；
（6）構(gòu)建和評(píng)估原型照明。

雖然案例面向室內(nèi)設(shè)計(jì)，但是所描述的方法適合所有LED照明應(yīng)用。本文的其余部分依次討論這些設(shè)計(jì)步驟。為了更好地說(shuō)明這些設(shè)計(jì)概念，本文給出了一個(gè)LED照明取代23W CFL嵌頂燈的計(jì)算例子。本設(shè)計(jì)步驟不僅針對(duì)本例，對(duì)所有類型照明都可重復(fù)使用。

步驟三：估計(jì)光學(xué)系統(tǒng)、熱系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)的效率

設(shè)計(jì)過(guò)程中最重要的參數(shù)之一是，需要多少個(gè)LED才能滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)。其他的設(shè)計(jì)決策都是圍繞LED數(shù)量展開(kāi)，因?yàn)長(zhǎng)ED數(shù)量直接影響光輸出、功耗以及照明成本。查看LED數(shù)據(jù)手冊(cè)（data sheet）列出的典型光通量（typical luminous flux），用該數(shù)除設(shè)計(jì)目標(biāo)流明，這種方法很誘人。然而，此方法太簡(jiǎn)化了，依此設(shè)計(jì)將滿足不了應(yīng)用的照明要求。

LED的光通量依賴于多種因素，包括驅(qū)動(dòng)電流（drive current）和結(jié)溫（junction temperature）。要準(zhǔn)確計(jì)算所需要的數(shù)量，必須首先估計(jì)光學(xué)、熱學(xué)和電氣系統(tǒng)的無(wú)用效率（inefficiencie）。以前原型機(jī)設(shè)計(jì)的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，或者本文提供的例子數(shù)量，都可以作為指南來(lái)估計(jì)這些損失。本節(jié)對(duì)估計(jì)這些系統(tǒng)損失的過(guò)程進(jìn)行簡(jiǎn)述。

1、光學(xué)系統(tǒng)效率

通過(guò)考察光損失估計(jì)光學(xué)系統(tǒng)的功效。要估計(jì)的兩種主要的光損失源為：

（1）次級(jí)光學(xué)器件

次級(jí)光學(xué)器件（secondary optics）是不屬于LED本身的所有光學(xué)系統(tǒng)，如LED上的透鏡或擴(kuò)散片。與次級(jí)光學(xué)器件相關(guān)的損失，根據(jù)使用的特定元件的不同而變化。通過(guò)各次級(jí)光元件的典型光學(xué)效率在85-90%之間。

（2）燈具內(nèi)的光損失

當(dāng)光線在到達(dá)目標(biāo)物之前，打到燈具罩上時(shí)，就產(chǎn)生了燈具光損失。某些光被燈具罩吸收，有些則反射回?zé)艟摺９潭ㄎ锏男视烧彰鞯牟季�、燈具殼的形狀及燈具罩的材料決定。

LED光具有方向性，可達(dá)到的效率比全方向照明（omni-directional light）可能達(dá)到的要高得多。

對(duì)示例中的照明，如果照明需要次級(jí)光學(xué)器件，則只存在次級(jí)光損失。次級(jí)光學(xué)器件的主要目的是改變LED的光輸出圖像。將Cree XLamp XR-E LED的光束角度與目標(biāo)燈具的光輸出圖像進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)裸LED的光束角度與目標(biāo)燈具的非常相似，所以不需要次級(jí)光學(xué)器件。因此，對(duì)本示例照明，不存在次級(jí)光學(xué)器件引起的光損失。

要計(jì)算本CFL示例的燈具損失，我們假定燈具反射杯的反射率為85%，60%的光將打到反射杯上。因此，光學(xué)效率為：
Optical Efficiency
= (100% x 40%) + (85% x 60%)
= 91%

2、熱損失

LED的相對(duì)通量輸出（relative flux output）隨著結(jié)溫的上升而降低。大多數(shù)LED數(shù)據(jù)手冊(cè)都列出了25℃下的典型光通量值，而大多數(shù)LED應(yīng)用都工作于較高的結(jié)溫。當(dāng)結(jié)溫Tj > 25℃時(shí)，光通量肯定比LED數(shù)據(jù)手冊(cè)給出的值有所降低。

LED數(shù)據(jù)手冊(cè)中有一個(gè)曲線，給出了相對(duì)光輸出與結(jié)溫的關(guān)系。對(duì)本CFL示例，其照明只是為屋頂通風(fēng)的商業(yè)建筑設(shè)計(jì)的。本設(shè)計(jì)基于所列的設(shè)計(jì)目標(biāo)，對(duì)光輸出、功效和使用壽命的優(yōu)先次序進(jìn)行了劃分。

XLamp XR-E LED額定為5萬(wàn)小時(shí)后提供平均70%的流明維持率，結(jié)溫保持在80℃或以下。因此，CFL示例的最高合適結(jié)溫為80℃。對(duì)應(yīng)的最小相對(duì)光通量為85%。這里85%相對(duì)光通量是對(duì)本例照明熱功效估計(jì)的值。

3、電氣損失

LED驅(qū)動(dòng)電子設(shè)備將可用功率源(如墻體插座交流電或電池)轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的電流源。這一過(guò)程與所有電源一樣，效率不會(huì)達(dá)到100%。驅(qū)動(dòng)器中的電氣損失降低了總體照明效能，因?yàn)榘l(fā)熱浪費(fèi)了輸入功率，而沒(méi)有用在發(fā)光上。在開(kāi)始設(shè)計(jì)LED系統(tǒng)時(shí)，就應(yīng)考慮到電氣損耗降低了總體擁有成本(TCO)。

全世界有200億以上的燈具使用白熾、鹵素或熒光燈。其中許多燈具用作方向照明，但都是采用在所有方向發(fā)光的燈。美國(guó)能源部(DOE)稱，在新住宅建筑里，嵌頂燈是安裝最普遍的照明燈。此外，DOE報(bào)告稱，采用非反射燈的嵌頂燈對(duì)于室內(nèi)應(yīng)用，驅(qū)動(dòng)器效率87%的估值很好。室外用或非常長(zhǎng)的使用壽命的驅(qū)動(dòng)器，效率可能要低一些。

閱讀詳細(xì)指南，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)http://www.cree.com/products/pdf/LED_Luminaire_Design_Guide.pdf.