照明灯具的设计要领

赵剑百家丽

中图分类号：TM923 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）01-0020-02

摘要：照明灯具就是把光线按照实际需求及预想投射到某一点或某一区域的工具装置，具体包含光源、电气系统、结构固定部分等。随着时代的进步，人们对照明效果的追求越来越高，越来越精细化，为了能够设计出性能满足要求的产品，本文将对灯具设计涉及的基本要素及一般过程作简要介绍。

关键词：光源、电气、结构

灯具的设计应遵从以下几个步骤：(1)确定照明需求；(2)确定设计目标估计光学；(3)电气系统的选择设计；(4)结构部分设计；(5)对所有的设计可能都予以考虑，从中选择最佳设计；

1.确定照明需求

照明必须满足或超过目标应用的照明要求。因此，在建立设计目标之前就必须确定照明要求。对于某些应用，存在现成的照明标准，可以直接确定要求。对其它应用，必须确定客户的具体需求，灯具的特性，使用环境。我们需要确认灯具的类型，比如是格栅灯、筒灯，还是户外照明灯具，灯具特性还应包含光源的色温、显色性、整灯的输出光通量、IP防护等级、电气防护等级，灯体的尺寸及材质，外观的颜色，灯具电气系统要求、安装方式等。

2.光学要求设计

通常情况下，灯具设计的首要步骤是确认灯具的光学需求，以此来选择合适的光源以及配光设计，光源的选择将包含色温、显色性，光通量等，配光设计是对光投射方位进行光学设计，主要取决于对发射器的设计，最终会影响到灯具的输出光通量，灯具输出的光通量=光源光通量×灯具效率×光源数量。比如说现在需要设计一款室内格栅照明灯具，要求输出的光通量在3000lm左右，根据经验，一般格栅灯具效率在60~70%左右，那我们就需要光源自身提供4300~5000 lm的光通量，然后选择合适的光源，一般来讲T8 18W直管光通量1450lm，T5 28w 直管光通量2400lm，T8 58W直管光通量5000lm，为了满足灯具光通量输出要求，我们需要一只58W灯管，或者两只28W灯管，或者三只18W灯管。

3.电气系统的选择设计

电气系统部分主要是选择驱动和控制元件，必须根据光源的参数进行配套，如功率、电压、频率等，大功率金卤灯、钠灯光源还需选择合适的触发器、电容器。电感镇流器需要考虑到温升△t,极限温度Tw,自身功耗等级等因素，电子镇流器需要考虑到谐波含量，波峰系数，功率因素以及电磁兼容，是否预热启动等方面的要求。如上一节提到的格栅照明灯具，如果选择58W直管光源，那我们相应的要选择58W电感镇流器或1*58W电子镇流器与之相配套，如果选择两只28W直管光源，相应选择2*28W电子镇流器，一般T5灯管不采用电感镇流器驱动，如果选择的是三只18W直管光源，相应选择3*18W电子镇或者3只18W电感镇，或者是一只36W电感镇流器（相当于2只18W）加一只18W电感镇流器，现在一般的大型工程照明灯具招标文件都会对上述参数做出明确要求，作为灯具的设计标准，如要求功率因数95%以上，预热启动，总谐波<10%,波峰系数<1.7,部分公司对镇流器的使用寿命也有一定要求，正常点亮N年以上等。

4.灯具结构的设计

灯具的结构设计实际上灯具总成，所以应满足以下要求：

1）外形美观，有足够的强度和空间连接和容纳整个灯具的零部件；选择合适的灯具材料，如金属板材、铸铝、塑料、铝型材等。格栅、支架类灯具多采用金属板材作为外壳主体结构件，三防灯则以塑料外壳居多，户外照明多采用铸铝材质外壳，如格栅照明灯具2*28W，灯盘设计一般采用0.35~0.5mm的Q235板材即可，格栅部分采用镜面铝或亚光铝，也可用冷板喷涂料，对于灯具内部配件，如灯脚在设计时还有满足防火等级要求，根据“3C”国家强制检验标准应达到V0等级，对于安装部分设计，一般灯具的安装方式有嵌入式、吸顶式、吊装式等，在相应部位留有吸顶孔，吊装孔，嵌入式灯具的边条一般要符合常规天花板尺寸要求，一般不要设计特殊尺寸，以免安装困难。

2）对于有防水、防尘要求的灯具，须达到相应的IP等级。加装密封条，或者打胶处理等等，IP等级由两位数组成，前一位表示防尘，后一位表示防水.防尘共6个等级，防水共8个等级，数字越高表示防护能力越高，具体可查阅GB7000.相关资料

3）对于需要散热的灯具应做好散热设计，如LED灯具，要有必要的散热器及散热面积，例如LED照明使用热阻为0.47℃/W万的现成散热片。使用这一散热片热阻值，最高环境温度可以用下式计算：

Tj=Ta + ( Rth b-a×Ptotal )+ ( Rth j-sp×PLED )

其中，Tj 为 LED结温，Ta 为环境温度，Rth b-a为散热片的热阻，PLED为单个LED的功耗，PLED=工作电流×该工作电流下的典型Vf，Ptotal =总功耗=LED数×PLED，Rth j-sp=LED封装热阻。

Ta MAX=Tj MAX-( Rth b-a×Ptotal )-( Rth j-sp×PLED )= 80℃- ( 0.47℃/W×18.48 W ) -( 8℃/W×1.155 W )= 80℃- 8.6856℃-9.24℃= 62℃

对本室内应用，例中照明的最高环境温度62℃可以接受。对需要最高环境温度更高的工作环境，既可以提高最大结温(可能影响使用寿命)，也可以改进热系统(Rth b-a )(例如选择更好的散热片)。

4) 根据产品结构特点，做好包装设计，确保码放及产品运输过程中不被损坏。灯具包装应符合QB/T 1553-1992《灯具瓦楞纸箱包装技术条件》。

5. 以上的各项设计都面临着多种多样的选择，作为一名设计师应根据市场及客户需求，灯具的成本及投资等进行综合比较，做出最优选择。