前 言
作為我國七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，半導(dǎo)體照明是一個學科跨度大、技術(shù)和應(yīng)用更新快的行業(yè)，優(yōu)勢是能提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)、促進節(jié)能減排、轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式。當前，行業(yè)人才需求量大，人才緊缺的問題日益凸顯，現(xiàn)有工作人員還面臨技術(shù)更新、掌握新工藝的壓力。
為保障人才的培養(yǎng)、考核、規(guī)范，建立對應(yīng)的專項能力培養(yǎng)基礎(chǔ)、考核機制、考核規(guī)范，國家半導(dǎo)體照明工程研發(fā)及產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟組織龍頭企業(yè)、行業(yè)專家、職業(yè)教育和培訓(xùn)工作者進行了企業(yè)調(diào)查和任務(wù)分析，建立了半導(dǎo)體照明專業(yè)人員崗位能力素質(zhì)模型，發(fā)布了針對專業(yè)工程師的《半導(dǎo)體照明工程師專業(yè)能力規(guī)范》和針對技能人才的《半導(dǎo)體照明行業(yè)專項職業(yè)能力考核規(guī)范》，并啟動了《半導(dǎo)體照明技術(shù)技能人才培養(yǎng)系列叢書》出版計劃。
LED具有高效節(jié)能、壽命長、綠色環(huán)保、體積小、固體器件、點亮反應(yīng)快、白光色溫可調(diào)、光色質(zhì)量好、低壓直流驅(qū)動、易于集成和智能控制等優(yōu)點，被認為是21世紀最有前景的新光源，將取代白熾燈和熒光燈成為照明市場的主導(dǎo)，使照明技術(shù)面臨一場新革命。
本書共九章。第1章概論，由王銀海教授編寫。概括了LED照明的發(fā)展歷程和照明產(chǎn)業(yè)鏈，介紹了LED的發(fā)展現(xiàn)狀和研究進展。第2章是LED照明光學設(shè)計技術(shù)，由張云翠教授編寫。主要介紹了一次光學設(shè)計、二次光學設(shè)計、自由曲面光學元件設(shè)計、菲涅爾透鏡設(shè)計和LED照明光學設(shè)計軟件Tracepro。第3章由文尚勝教授和謝嘉寧博士編寫。主要討論LED照明散熱設(shè)計技術(shù)，分析了熱量對LED的危害，介紹了LED散熱分析模型、仿真軟件和散熱材料的選擇方法，總結(jié)了LED散熱設(shè)計過程和新型散熱技術(shù)。第4章為LED照明驅(qū)動設(shè)計技術(shù)，由付賢松副教授編寫。主要介紹了LED驅(qū)動電源的特點及分類，LED恒流驅(qū)動電源單元電路設(shè)計，帶功率因數(shù)校正（PFC）的LED照明驅(qū)動電源，最后給出了LED照明驅(qū)動電源設(shè)計指南。第5章是LED智能照明控制技術(shù)，由吳玉香教授和吳瓊高工編寫。介紹了三種LED調(diào)光技術(shù)，對LED智能照明控制系統(tǒng)的基本特征、組成、控制策略和方式進行了總結(jié)。詳細介紹了LED智能照明控制系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、設(shè)計與實際工程應(yīng)用，對LED智能照明控制的發(fā)展趨勢進行了預(yù)測。第6章是LED照明設(shè)計技術(shù)，由丁云高與徐慶輝高工編寫。根據(jù)功能、藝術(shù)與照明應(yīng)用場所的不同提出了LED的設(shè)計要求。介紹了綠色照明技術(shù)、照明設(shè)計程序及照明計算分析方法。第7章是LED燈具測試技術(shù)，由趙紅波總工編寫。系統(tǒng)介紹了LED燈具測試中電特性、光色特性、熱特性、壽命特性、安全特性、可靠特性、生物安全特性和耐候性等八個關(guān)鍵特性的測試標準、原理及方法。第8章介紹了LED照明其他技術(shù)，由王憶教授編寫。以LED照明技術(shù)的最新發(fā)展和應(yīng)用為主線，簡要介紹了：（1）LED白光照明通信技術(shù)的發(fā)展趨勢和關(guān)鍵技術(shù)；（2）LED照明在植物生長和動物養(yǎng)殖中的應(yīng)用技術(shù)和光學的設(shè)計；（3）LED生物安全技術(shù)的設(shè)計思路；（4）LED照明在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的應(yīng)用；（5）LED照明在海洋漁業(yè)中的關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用；（6）超大功率LED照明技術(shù)的設(shè)計與應(yīng)用，等等。第9章由李宏教授編寫，主要介紹LED照明的應(yīng)用。包括LED路燈、LED交通信號燈、LED背光源、LED汽車燈、LED室內(nèi)照明、LED景觀照明以及LED照明等其他應(yīng)用。
本書從各個角度系統(tǒng)介紹了LED照明應(yīng)用技術(shù)，是一本覆蓋面廣、簡潔易懂、具備理論基礎(chǔ)但又不缺乏實操性和指導(dǎo)意義的LED技術(shù)教材。
本書能夠順利出版，感謝國家半導(dǎo)體照明工程研發(fā)及產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟和半導(dǎo)體照明、LED相關(guān)網(wǎng)站和企業(yè)的的大力支持。本書可作為高等院校相關(guān)專業(yè)高年級學生和研究生的教材和參考書，作為專業(yè)技能人才培養(yǎng)的資料，也可供有關(guān)LED企業(yè)工程技術(shù)人員參考。
限于作者水平有限，難免有不妥和錯誤之處，懇請讀者批評指正。
作 者
2015年9月
第1章 概論 1
1．1 LED照明發(fā)展歷程 1
1．2 LED照明產(chǎn)業(yè)鏈簡介 2
1．2．1 LED材料體系 2
1．2．2 襯底的選擇 3
1．2．3 LED芯片的制造 4
1．2．4 芯片的封裝 5
1．2．5 LED光源的散熱設(shè)計 5
1．2．6 LED光源的二次光學設(shè)計 6
1．2．7 LED光源的驅(qū)動和控制 6
1．3 LED照明國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和研究進展 6
1．3．1 LED照明國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 7
1．3．2 LED照明技術(shù)進展 8
參考文獻 10
第2章 LED照明光學設(shè)計技術(shù) 11
2．1 概述 11
2．1．1 LED照明光學設(shè)計 11
2．1．2 一些重要的光度學術(shù)語 12
2．1．3 非成像光學定義 14
2．1．4 LED照明光學材料簡介 15
2．2 LED照明光學設(shè)計 16
2．2．1 一次光學設(shè)計 16
2．2．2 透鏡封裝的光學系統(tǒng)具體分析 16
2．3 二次光學設(shè)計 18
2．3．1 概述 18
2．3．2 LED二次光學設(shè)計方法 18
2．3．3 二次光學設(shè)計的發(fā)展趨勢 19
2．3．4 設(shè)計流程 19
2．3．5 二次光學設(shè)計的準備 20
2．4 自由曲面光學元件設(shè)計 22
2．4．1 花生米透鏡 22
2．4．2 球型折射透鏡 25
2．5 菲涅爾透鏡設(shè)計 27
2．6 LED照明光學設(shè)計軟件 30
2．6．1 Tracepro簡介 30
2．6．2 Tracepro應(yīng)用舉例 31
本章小結(jié) 33
習題 33
參考文獻 33
第3章 LED照明散熱設(shè)計技術(shù) 34
3．1 LED散熱基礎(chǔ)知識 34
3．1．1 LED散熱設(shè)計的必要性 34
3．1．2 熱量傳遞的三種基本方式 34
3．1．3 散熱設(shè)計術(shù)語 38
3．2 熱量對LED的危害分析 39
3．2．1 產(chǎn)生LED結(jié)溫的原因 39
3．2．2 LED結(jié)溫對性能的影響 40
3．2．3 降低LED結(jié)溫的途徑 43
3．2．4 LED結(jié)溫計算實例 44
3．3 LED散熱途徑分析 45
3．3．1 LED散熱途徑 45
3．3．2 封裝散熱 46
3．4 LED散熱分析模型 52
3．4．1 發(fā)光二極管的熱阻 52
3．4．2 基于統(tǒng)計的常用熱阻模型 58
3．4．3 基于熱傳導(dǎo)能量方程的熱阻模型的建立 62
3．4．4 測量、計算熱阻的意義 67
3．5 LED散熱仿真軟件 67
3．5．1 基于ANSYS有限元分析軟件的LED熱模擬 68
3．5．2 基于CFD仿真軟件的LED熱模擬 74
3．6 LED散熱材料的選擇 77
3．6．1 散熱材料的選擇 77
3．6．2 散熱材料基板類型的選擇 78
3．6．3 散熱片的選擇與設(shè)計 81
3．7 LED散熱設(shè)計過程 90
3．7．1 LED散熱設(shè)計流程 90
3．7．2 散熱器材料的影響 92
3．7．3 有效散熱面積的影響 93
3．7．4 生熱率的影響 94
3．7．5 金屬基板的影響 95
3．7．6 封裝填充材料的影響 97
3．7．7 對流條件的影響 98
3．7．8 輻射 98
3．8 LED新型散熱技術(shù) 103
3．8．1 新型散熱材料 103
3．8．2 散熱新技術(shù) 109
本章小結(jié) 116
習題 116
參考文獻 117
第4章 LED照明驅(qū)動設(shè)計技術(shù) 118
4．1 LED驅(qū)動電源概述 118
4．1．1 LED驅(qū)動電源的特點 118
4．1．2 開關(guān)電源的技術(shù)指標及術(shù)語 119
4．2 LED驅(qū)動電源分類 121
4．2．1 LED驅(qū)動電源按驅(qū)動方式分類 121
4．2．2 LED驅(qū)動電源按是否開關(guān)型分類 122
4．2．3 隔離型LED開關(guān)電源 125
4．3 LED恒流驅(qū)動電源單元電路設(shè)計 127
4．3．1 交流輸入LED恒流驅(qū)動電源的基本構(gòu)成 128
4．3．2 EMI濾波器 128
4．3．3 整流橋的選擇方法 131
4．3．4 漏極鉗位保護電路 132
4．3．5 反激式LED電源的高頻變壓器設(shè)計 134
4．3．6 正激式變壓器設(shè)計 136
4．3．7 輸出整流管選擇方法 138
4．4 帶功率因數(shù)校正（PFC）的LED照明驅(qū)動電源 138
4．4．1 功率因數(shù)基本定義及分類 139
4．4．2 無源功率因數(shù)校正 140
4．4．3 有源功率因數(shù)校正 144
4．5 LED照明驅(qū)動電源設(shè)計舉例 147
4．5．1 設(shè)計目標 147
4．5．2 設(shè)計背景 147
4．5．3 主要設(shè)計內(nèi)容 148
參考文獻 154
第5章 LED智能照明控制技術(shù) 155
5．1 概述 155
5．1．1 智能照明控制的基本概念 155
5．1．2 LED智能照明控制技術(shù) 156
5．2 LED調(diào)光技術(shù) 156
5．2．1 LED調(diào)光工作原理及特點 157
5．2．2 模擬調(diào)光 159
5．2．3 相控調(diào)光 160
5．2．4 PWM調(diào)光 163
5．3 LED智能照明控制系統(tǒng) 165
5．3．1 照明控制的發(fā)展 165
5．3．2 LED智能照明控制系統(tǒng)的基本特征 166
5．3．3 LED智能照明控制系統(tǒng)的組成 167
5．3．4 LED智能照明控制策略 171
5．3．5 LED智能照明控制方式 174
5．4 LED智能照明控制系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 176
5．4．1 LED照明控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)概述 176
5．4．2 LED照明控制系統(tǒng)中的有線網(wǎng)絡(luò) 180
5．4．3 照明控制系統(tǒng)中的無線網(wǎng)絡(luò) 191
5．5 LED智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計 197
5．5．1 相關(guān)設(shè)計規(guī)范 198
5．5．2 設(shè)計過程和步驟 200
5．5．3 系統(tǒng)的選擇 204
5．5．4 動靜傳感器的選擇 205
5．6 LED智能照明控制系統(tǒng)的工程應(yīng)用 208
5．6．1 LED室內(nèi)情景照明系統(tǒng)設(shè)計 208
5．6．2 LED路燈遠程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計實例 211
5．7 LED照明控制的發(fā)展 216
5．7．1 對未來LED智能照明的設(shè)想 216
5．7．2 LED智能照明控制的發(fā)展趨勢 217
參考文獻 220
第6章 LED照明設(shè)計技術(shù) 221
6．1 LED照明應(yīng)用要求 221
6．1．1 功能照明與藝術(shù)照明 221
6．1．2 照明應(yīng)用場所的要求 228
6．2 綠色照明技術(shù) 233
6．2．1 照明環(huán)保 233
6．2．2 照明節(jié)能 236
6．3 照明設(shè)計程序 241
6．3．1 概念設(shè)計 241
6．3．2 方案設(shè)計 242
6．3．3 施工圖設(shè)計 247
6．3．4 設(shè)計實施 248
6．3．5 現(xiàn)場調(diào)試 250
6．4 照明計算分析 251
6．4．1 平均照度的計算 252
6．4．2 點光源照度的計算 258
6．4．3 線光源照度的計算 261
6．4．4 面光源照度的計算 268
6．4．5 亮度的計算 272
6．5 成本分析 276
參考文獻 284
第7章 LED燈具測試技術(shù) 285
7．1 概述 285
7．2 電氣特性標準與測試 286
7．2．1 電氣特性相關(guān)標準介紹 286
7．2．2 電氣特性測試原理與方法 288
7．3 光色特性標準與測試 290
7．3．1 光色特性相關(guān)標準介紹 290
7．3．2 利用積分球測量光通量的原理及方法 290
7．3．3 光譜儀工作原理與顏色測試方法 293
7．3．4 分布式光度計工作原理與配光測試方法 300
7．4 熱特性標準與測試 304
7．4．1 熱特性相關(guān)標準介紹 304
7．4．2 熱特性測試原理與方法 305
7．5 壽命特性標準與測試 307
7．5．1 壽命特性相關(guān)標準介紹 307
7．5．2 壽命特性測試原理與方法 311
7．6 安全性特性標準與測試 321
7．6．1 安全性特性相關(guān)標準介紹 321
7．6．2 安全性特性測試原理與方法 325
7．7 光生物安全標準與測試 327
7．7．1 光生物安全相關(guān)標準介紹 327
7．7．2 光生物安全測試原理與方法 329
7．8 耐候性特性標準與測試 329
7．8．1 耐候性特性相關(guān)標準介紹 329
7．8．2 耐候性特性測試原理與方法 332
本章小結(jié) 336
習題 337
參考文獻 337
第8章 LED照明其他技術(shù) 338
8．1 白光LED照明通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 338
8．1．1 LED照明通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)原理 339
8．1．2 LED照明通信技術(shù)的發(fā)展趨勢 341
8．1．3 LED照明通信的應(yīng)用前景 342
8．2 LED動植物生長照明技術(shù) 344
8．2．1 LED植物生長光源 344
8．2．2 LED植物生產(chǎn)光源技術(shù) 346
8．2．3 LED動植物生長照明技術(shù)原理 346
8．3 LED生物安全照明技術(shù) 350
8．3．1 藍光照明的生物危害性 350
8．3．2 LED生物安全照明技術(shù)原理 351
8．3．3 LED生物安全照明系統(tǒng)設(shè)計 352
8．4 LED物聯(lián)網(wǎng)照明技術(shù) 352
8．5 LED海洋漁業(yè)照明技術(shù) 354
8．5．1 LED照明與海洋漁業(yè) 355
8．5．2 海洋漁業(yè)的LED照明技術(shù)與設(shè)計 356
8．6 LED工礦、港口、碼頭、廣場照明技術(shù) 356
8．6．1 超大功率LED照明技術(shù) 357
8．6．2 超大功率LED照明設(shè)計 358
8．6．3 超大功率LED在工礦、港口、碼頭及廣場的應(yīng)用 360
本章小結(jié) 360
本章習題 361
參考文獻 361
第9章 LED照明的應(yīng)用 363
9．1 LED路燈 363
9．1．1 道路照明對LED燈具要求 363
9．1．2 道路照明效果 365
9．1．3 太陽能LED路燈 366
9．2 LED交通信號燈 367
9．3 LED背光源 369
9．3．1 LED背光源 369
9．3．2 LED顯示屏 370
9．4 LED汽車燈 371
9．4．1 車燈分類與基本要求 372
9．4．2 汽車燈具的國家標準 374
9．5 LED室內(nèi)照明 374
9．5．1 LED室內(nèi)照明應(yīng)用的原則和方向 374
9．5．2 LED室內(nèi)照明適宜應(yīng)用的場所 375
9．5．3 目前LED室內(nèi)照明不具備條件應(yīng)用的場所 376
9．6 LED景觀照明 376
9．7 LED照明其他應(yīng)用 380
本章小結(jié) 381
習題 382
參考文獻 382
附錄A 半導(dǎo)體照明術(shù)語 383
附錄B LED照明主要機構(gòu)與公司簡介 391
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