产品设计之大功率LED设计论文.docx

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产品设计之大功率LED设计论文

设计报告书

题目大功率LED应用设计

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目录

目录1

第1章设计计划表2

第2章设计调研3

2.1LED的基础概念3

2.2LED的发光特点3

2.3LED产业价值及社会意义3

2.3.1节能价值3

2.3.2环保价值3

2.4全球LED市场规模评估及走势3

2.4.1中国LED市场规模评估及走势4

2.4.2中国LED产业分布情况4

2.5日常应用调研4

第3章设计定位5

3.1何谓大功率LED5

3.2设计的原因5

3.3精确设计定位6

第4章设计表现7

4.1草图及说明7

4.2效果图及说明9

4.3产品三视图12

4.4展板12

4.5实物图14

第5章设计总结15

第1章设计计划表

PART1

思考课题

9月17日

——

9月25日

分析课题

确定课题

研究课题

PART2

制定计划表

9月27日

PART3

市场调研

10月1日——

10月15日

新产品的优点

综合分析

PART4

草图设计

10月17日——

10月30日

草模制作

色彩设计

造型方案初步评审

产品细节设计

PART5

价值工程学分析

11月1日

——

11月8日

技术结构原理

色彩分析人机工程学分析

材料工艺分析

PART6

工程制图

11月9日

——

12月3日

产品效果图

模型制作

版面制作

12月4日——

12月6日

整理

第2章设计调研

2.1LED的基础概念

LED是LightEmittingDiode的缩写，即发光二极管。

是一种半导体固体发光器件，它是利用固体半导体芯片作为发光材料，当两端加上正向电压，半导体中的载流子发生复合，引起光子发射而产生光。

LED可以直接发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫、白色的光。

2.2LED的发光特点

（1）、多变幻：

LED光源可利用LED通短时间短和红、绿、蓝三基色原理，在计算机技术控制下实现色彩和图案的多变化。

（2）、寿命长：

LED光源无灯丝、工作电压低，使用寿命可达5万到10万小时，也就是5年到10年时间。

（3）、利环保：

生产中无有害元素、使用中不发出有害物质、无辐射。

（4）、高新尖：

与传统光源比，LED光源融合了计算机、网络、嵌入式等高新技术，具有

2.3LED产业价值及社会意义

2.3.1节能价值，对社会产生巨大的能源效益

中国绿色照明工程办公室节能调查结果十分惊人，中国能源的12%用在了照明上，每年约3000亿度以上，如果用LED技术取代全部白炽灯或部分取代荧光灯，可节省1/3的照明用电，就意味着节约1000亿度，相当于一个总投资超过2000亿元人民币的三峡工程全年的发电量。

这对能源供给紧张日益凸显的中国来说，无疑具有十分重要的战略意义。

2.3.2环保价值，对人类产生“功在当今，利在千秋”的环保效益

（白光）LED不仅节能，而且无热辐射、不含水银等重金属，无污染及废弃物处理问题等众多优点，因此被视为“绿色照明光源”的明日之星，在不久的将来，将取代目前为照明市场的主流白炽灯泡及荧光灯（日光灯）；其广泛应用将同样产生不可估量的环保效益。

2.4全球LED市场规模评估及走势

其中高亮度和超高亮度LED市场年平均增长率将达到20%左右，二者合计占总体市场份额的三分之二，超高亮度LED单独的市场规模已经超过预期。

新兴应用市场如通用照明、汽车前灯、大屏幕LCD背光源等将成为高亮度LED市场增长的新动力，在大屏幕LCD背光源的推动下，LCD背光源仍占有26%的市场份额。

LED市场总销售额超过69亿美元。

景观照明和通用照明增长速度最快，说明该领域的技术已趋成熟和市场潜力已经被普遍看好；包括交通信号灯在内的公共设施的照明系统开始被广泛应用，官方控制的市场潜力也开始被各地区投产企业所关注。

大功率LED在公共照明的地位越来越重，在私人照明领域也取得了更多的位置。

2.4.1中国LED市场规模评估及走势

从发展走势看，LED产业正从欧美发达国家向亚洲发达地区延伸，而且，这种发展有向中国大陆倾斜的势头，这对于中国有远见的企业来说这无疑是一个新的发展机会。

从远景来看，随着中国LED市场需求的逐步提升和产能的不断扩大，中国LED产业前景更加光明。

中国进入了科技发展时代，在科技发展观的指导下，LED产业获得了新的发展春天。

作为一个标志地区贯彻“科学发展观”具体实践的项目来说，无论是项目投资的社会意义，还是作为地方的政绩，都将具有深远的意义。

2.4.2中国LED产业分布情况

国际专家预言，2010年至2015年，光电子产业可能会取代传统电子产业，成为21世纪最大的产业和衡量一个国家经济发展和综合国力的重要标志。

而LED正是光电子产业中最重要的光电子材料和组件，是整个光电子产业的基础。

因此，许多国家都制定了相应的计划。

2.5日常应用调研

很多同学因为宿舍学习环境差都会选择在自习室学习，由于晚间光线不充足，不仅对视力造成极大的损害，在学习效率上也有着较大幅度的下降。

而且自修室电源很不好找，并且带着台灯很不方便。

大多数在自习室学习的同学对此类便携发光产品都存在刚性需求，固有设计价值。

第3章设计定位

3.1何谓大功率LED：

日常最容易见到的小功率LED像是

功率在20-50毫瓦左右，一般来说大于等于1瓦的发光二极管称为大功率LED,1瓦的LED发光亮度约为100LM，而普通家用白炽灯4瓦的亮度在340LM，可见大功率LED在效率上远远超出同等白炽灯。

3.2设计的原因

要使大功率LED发光，并不是单单接上电源那么简单。

大功率LED发光过程中会产生大量的热，它的电阻会随着温度的升高而降低，也就是说，在电压不变的情况下，大功率LED的温度越高，通过它的电流就越大。

而大功率LED在工作电流上有限制，大功率LED在额定电流的电流下工作会达到最高的发光亮度，继续增大电流并不会提高亮度，反而会导致亮度降低，并产生光衰，严重降低LED的使用寿命。

所以说，设计大功率LED不仅仅是对发光部分的直接挪用，驱动电路的设计占着举足轻重的作用。

大功率LED点亮时为防止受到温度/电流曲线的影响，需要通过传感实时监测工作电流，通过完整的闭环控制工作电流的大小，防止光衰。

在外观应用扩展来中也有必要发挥工业设计的优势进行项目的优化。

工业设计就是从完善产品的结构组成，提升体验的一门综合型的学科，这就告诉我们，设计不仅仅只是从外观的设计，而是把握设计的整体性。

3.3精确设计定位：

由以上的论证，证明了设计此课题的必要性。

由本文第一段分析得出结论，大功率LED发光效率有着无法替代的优势。

所以本设计基于高效率大功率LED，在维持高亮度的同时降低功耗，设计出便携的高亮度台灯。

本设计采用锂电供电，自主设计LED恒定电流驱动电路，避免电流/温度曲线的影响，同时严格控制电流，防止过流造成的光衰降低使用寿命。

锂电充电电路同样是自主设计，兼容5vusb充电方式，融入生活。

发光芯片依据不同亮度需求选用1W/3W/10w正白光发光LED（色温6500k），保护视力。

最后，在此附上本设计的电路结构示意图。

图3.1-1

第4章设计表现

4.1草图及说明

图4.1-1

图4.1-2

图4.1-3

图4.1-4

图4.1-5

4.2效果图及说明

本效果图采用PROE建模，使用犀牛V-Ray渲染器渲染，部分局部图采用Keyshot渲染出图。

该台灯最大的特点是有巨大的散热片，这是为了更好的使大功率LED长时间工作所设计的。

本台灯功耗为3W，点亮时亮度达到340LM，与40W白炽灯亮度相当。

图4.2-1

图4.2-2

图4.2-3

图4.2-4

图4.2-5

图4.2-6

4.3产品三视图

图4.3-1

4.4展板

4.5实物图

图4.5-1

图4.5-2

图4.5-3

图4.5-4

第5章设计总结

本设计充分体现了工业设计科学与美学的结合，本次设计不仅提高了我对基础科学知识的掌握，更锻炼了我的建模能力。

大功率LED台灯还存在着空白，本产品可以在一定范围内弥补这些，有良好的市场推广价值。

设计灵感来源于很多在自习室学习的同学。

由于晚间光线不充足，在自修室学习存在不便的情况。

市面上常见的LED台灯普遍使用低功率发光LED，电源上采用2x2的4v微型铅酸电池供电，在亮度上不仅无法保证，而且在色温上也有较大的偏离，市面往往色温都在7000k以上偏冷，长期以往，会对眼睛造成不良影响。

不仅如此，传统充电LED台灯在充电电路采用的电容降压方式，属于非隔离充电方式，存在着触电的隐患。

所以设计本产品存在使用价值，但还有很多细节方案需要完善。

我相信随着设计水平的提升，一定会设计出更好的产品。