Всё для Учёбы — студенческий файлообменник
1 монета
docx

Студенческий документ № 058242 из НИУ МЭИ

Лабораторная работа №2.

Модели источников света

Асп. Ильина Е.И., рук. проф. Будак В.П., НИУ МЭИ.

Цель работы- научиться работать с различными моделями ИС на основе реальных спецификаций

? Знакомство со спецификацией светодиодного ИС

? Знакомство с инструментом PCТ

? Примеры источников в TracePro

? Утилита IES импорт

? Сравнение существующих моделей ИС: ближнего и дальнего поля

? Индивидуальное задание - самостоятельно сравнить модели светодиода (сравнение моделей ближнего поля и дальнего поля)

Что содержит техническое описание (datasheet) светодиода?

В техническом описании содержится информация о некоторых из наиболее важных технических характеристик светодиода, таких как: электрические, оптические и тепловые характеристики; знание которых имеет первостепенное значение для проектирования системы LED.Кроме того, в нем можно найти информацию о заказе кодов, маркировки и упаковки светодиодов.

Рассмотрим некоторые из этих характеристик в деталях на примере светодиода XT-E (Cree). Пример такой спецификации приведен в файле XLampXPE.pdf

При проектировании оптической части важны:

* КСС (typical spatial distribution)

* угол излучения (как правило, FWHM - full width at half maximum - или двойной угол половинной яркости)

* относительное спектральное распределение (relative spectral power distribution)

* зависимость светового потока в относительных единицах (relative luminous flux) от температуры на кристалле (junction temperature)

* зависимость светового потока в относительных единицах (relative luminous flux) от прямого тока (forward current), протекающего через СД.

Рис.1

Некоторые производители светодиодов для простотыи повышения точности расчета параметров предлагают использовать калькуляторы, например:

* Philips Lumileds http://philipslumileds.pnwsoft.com

* Cree http://pct.cree.com

Знакомство с инструментом PCT (Cree Product Characterization Tool)

PCT - это мощный инструмент компании Cree, предназначенный для быстрого проектирования светодиодных систем, который позволяет по заданному целевому световому потоку проектируемого прибора, с учетом оптических и электрических потерь рассчитать различные параметры в зависимости от прямого тока и с учетом оптических и электрических потерь. В таблице ниже приведены параметры, которые можно рассчитать с помощью PCT.

1. В папке лабораторной работы №2 откройте файл CUSTOMER-READY-PCT-ProductCharacterizations.xls

2. Ознакомьтесь с интерфейсом - расшифровку параметров см. табл.

Замечания:

- в папке приложен файл по состоянию на 19.02.2015. Обновленные данные можно найти на указанной страничке в интернете в онлайн версии PCT http://pct.cree.com/. Может быть доступна в виде файла.

- аналог PCT (Cree) есть и у Philips Lumileds http://philipslumileds.pnwsoft.com/ - рекомендуется ознакомиться самостоятельно.

Категория Параметр Ед. изм Расшифровка (все параметры зависят от прямого тока) Параметры светодиода LED VF V Прямое напряжение на СД LED W W Мощность потребляемая СД LED LM lm Световой поток СД LED LM/W lm/W Световая эффективность СД (лм/Вт) Параметры по цене (значения будут пустыми если цена = $0) LM/$ lm/$ Люмен за доллар для СД $/LM $/lm Долларов за люмен для СД c/LM ?/lm Центов за люмен для СД Параметры светодиодной системы SYS LM PER lm Световой поток каждого светодиода в системе. Замечание: SYS LM PER зависит от параметра (System Optical Efficiency) в отличие от параметра LED LM, который показывает полный световой поток светодиода в выбранном режиме. SYS # LED Число светодиодов в проектируемой системе для обеспечения необходимого числа SYS W W Мощность, потребеляемая системой СД. Замечание: SYS W зависит параметра System Electrical Efficiency SYS LM TOT lm Световой поток системы СД SYS LM/W lm/W Световая эффективность системы СД (лм/Вт). SYS $ $ Полная стоимость светодиодов в проектируемой СД системе.

Параметры системы (System Parameters)

Target Lumens - целевой световой поток проектируемого СД прибора.

Optical Efficiency - полный кпд всех оптических элементов, используемых в системе, таких как: вторичная оптика, отражатели, рассеиватели и дефлекторы.

Electrical Efficiency - полный кпд светодиодного драйвера.

Моделирование источников света в TracePro

Типы источников света в TracePro:

Сеточные (Grid Sources)

Файловые (File Sources)

Поверхностные (Surface Sources)

Растровые (Bitmap Sources)

Тип источника Подходит Пояснения Пример Сеточные источники (Grid Sources) -Плоские с четко заданной границей

-ламбертовские или равноизлучающие

-Монохромные и многоцветные Не подходит для моделирования трехмерных источников и сложных светораспределений -оптоволокно

-лазерные диоды Файловые источники (File Sources) - Плоские и трехмерные

-со сложным свето-распределением

-монохромные

-с линзами и структурными элементами источник должен быть монохромным

не походит, если лучи источника после взаимодействия с другими элементами модели снова попадают на источник* -светодиоды

-светильники Поверхностные источники (Surface Sources) -при создании детализированных моделей источников

-если источники имеют сложное светораспределение и спектральный состав излучения

-когда моделирование взаимодействия с другими элементами модели важно* Могут быть слишком сложными для моделирования

Нуждаются в точной материала и поверхностные свойства -светодиоды

-дуговые лампы, лампы накаливания

-сложные оптические системы Растровые (Bitmap Sources) для создания файловых источников света в TracePro из графических форматов, таких как BMP, GIF, JPG, PNG, и MOV В результате файл источника может быть очень большим Трассировка изображений с помощью систем TracePro

*Пример, как излучаемый свет может взаимодействовать с ИС

1. Некоторые лучи света, излучаемые СД, претерпевая полное внутреннее отражение в линзе возвращаются обратно.

Рис.2

2. Используется опция Ray Sorting TracePro(r), чтобы показать лучи, попадающие на купол линзы светодиода

3. Приблизительно 0,1% от первоначального потока возвращается назад на источник

Далее приведены форматы и примеры различных типов источников.

Пример сеточного источника (Grid Source - Laser Diode Example)

Данный тип истоника не имеет своего формата, он задается непосредственно в программе.

Пример поверхностного источника (Surface Sources)

Данные об излучении (Emissivity) может быть задано в зависимости от: температуры (Temperature), длины волны(Wavelength), полярного угла (PolarAngle), азимутального угла (AzimuthAngle).

См. файл Property_01.txt

Примечание: следует четко соблюдать тип единиц измерения (радиометрические) при составлении таблиц данных!

Пример файлового источника (File Sources или Ray File Data)

Ray File Data - LED Example

Для ознакомления с форматом откройте файл XPEfromIES.txt

Пример File Source - LED Example

Surface Source - LED Example

Пример Bitmap Sources

Утилита для импорта IES файлов

Программа TracePro не работает напрямую с форматом IES. Для импорта данных из этого формата в один из типов источников, с которым работает TracePro используется специальная утилита - IES Import.

Она расположена Utilities|IES Import

1. Откройте утилиту Utilities|IES Import

2. Выберите файл из папки к Лабе №2 - XLamp XP-E White Optical IES.ies. Нажмите Load IES file. В окне отобразится фотометрическое тело СП, как показано на рис. ниже

3. Установите Source type в File Source

4. Установите количество лучей Total rays = 1000000

5. Нажмите кнопку Export. Программа предложит сохранить файл в .txt формате. Сохраните файл.

6. Перейдите в основное окно программы TracePro

7. Вставьте сохраненный файл в программу. Для этого выберите Define|File Source

8. Откроется меню File Source. В поле Name введите название - fromIES (можно ввести любое название). Измените единицы измерения Units на Photometric

9. Введите длину волны в поле Wavelength= 0.55, нажмите кнопку Add. Вставьте полученный источник нажав кнопку Insert.Запустится процесс чтения файла - в зависимости от количества лучей - процесс может продолжаться достаточно длительное время.

Замечание: в тех случаях, когда требуется моделирование полного спектра ИС, вставляются все характерные длины волн спектра с выставлением определенного веса Weight каждой длины волны. В данном случае для задания только светораспределения можно использовать только одну длину волны.

10. Перейдите во вкладку модели Source, чтобы убедиться, что ИС вставлен

. 11. Повторите процедуру вставки для модели XPE CW TracePro-OSLO Format 1 million rays.dat

Замечание: Обратите внимание на тип вставляемого файла - выберите соответствующий.

12. Модель построена. Переходим к процессу анализа и трассировки. Каждый из источников будем анализировать отдельно. Нажмите на зеленую галочку рядом с одним из вставленных ИС. Таким образом мы изключили из расчета выбранный ИС. Далее запускаем расчет.

13. Выставьте параметры Candela options как в л.р.№1, рис.1.10 и рис.1.17

14. Сохраните результат в формате IESNA LM-63 (.ies) нажатием правой кнопки мыши по графику, в выпадающем меню выберите Save as...

15. Повторите процедуру расчета и экспорта для другого источника, соответственно исключив первый из расчета.

16. Сравните полученные результаты.

Индивидуальное задание

a. Оценить световой поток в указанном режиме по графику зависимости светового потока от прямого тока в спецификации и в программе PCT - полученные данные сравнить по световому потоку.

b. провести сравнение светораспределений и ходя лучей двух различных моделей светодиода на основе одной из спецификаций, при световом потоке, полученном в PCT расчете.

Варианты:

? XM-L2 Neutral White , бин T5[260] на токе 1А при Тj = 850C

? XM-L2 Warm White , бин T3[220] на токе 1А при Тj = 850C

? XM-L2 Neutral White , бин T5[260] на токе 0,9А при Тj = 650C

? XM-L2 Warm White , бин T3[220] на токе 0,9А при Тj = 750C

? XB-D Neutral White бин Q5 [107] на токе 1А при Тj = 850C

? XB-D Warm White бин Q3 [93,9] на токе 1А при Тj = 850C

? XB-D Neutral White бин Q5 [107] на токе 0,9А при Тj = 650C

? XB-D Warm White бин Q3 [93,9] на токе 0,9А при Тj = 750C

? CXA 3590 бин BD [10000] на токе 2А при Тj = 700C

? CXA 3590 бин CB [11000] на токе 2А при Тj = 700C

Вопросы к защите:

1) Как изменится световой поток светодиода при увеличении/уменьшении температуры на кристалле на 10 градусов?

2) Как изменится световой поток светодиода при увеличении/уменьшении прямого тока?

3) Что такое бин по световому потоку?

4) Назовите типы ИС в TracePro. В чем разница между файловым и поверхностным источниками?

5) Моделирование полного спектра ИС. Покажите, как задать спектр с шагом 10 нм для тепло белого светодиода по Вашему выбору.

6) Как влияет параметр Total rays на результат расчета?

7) Можно ли импортировать IES файл в tracepro? В чем разница форматов dat и ies.

8) Формат фотометрического файла .txt. Назовите основные поля.

Л.р.№2 по курсу "Расчет ОС СП" 2015

2

Показать полностью…
2 Мб, 22 февраля 2017 в 15:26 - Россия, Москва, НИУ МЭИ, 2017 г., docx
Рекомендуемые документы в приложении