照明级LED能够提供通用照明应用所要求的亮度、效率、寿命、色温和白点稳定性（white-point stability），能够极大地降低总体拥有成本（TCO）。本文介绍了采用大功率LED的照明应用设计的6个基本步骤：
（1）确定照明需求；
（2）确定设计目标；
（3）估计光学系统、热系统和电气系统的效率；
（4）计算需要的LED数量；
（5）考虑所有设计可能并选择最佳设计；
（6）构建和评估原型照明。

虽然案例面向室内设计，但是所描述的方法适合所有LED照明应用。本文的其余部分依次讨论这些设计步骤。为了更好地说明这些设计概念，本文给出了一个LED照明取代23W CFL嵌顶灯的计算例子。本设计步骤不仅针对本例，对所有类型照明都可重复使用。

步骤三：估计光学系统、热系统和电气系统的效率

设计过程中最重要的参数之一是，需要多少个LED才能满足设计目标。其他的设计决策都是围绕LED数量展开，因为LED数量直接影响光输出、功耗以及照明成本。查看LED数据手册（data sheet）列出的典型光通量（typical luminous flux），用该数除设计目标流明，这种方法很诱人。然而，此方法太简化了，依此设计将满足不了应用的照明要求。

LED的光通量依赖于多种因素，包括驱动电流（drive current）和结温（junction temperature）。要准确计算所需要的数量，必须首先估计光学、热学和电气系统的无用效率（inefficiencie）。以前原型机设计的个人经验，或者本文提供的例子数量，都可以作为指南来估计这些损失。本节对估计这些系统损失的过程进行简述。

1、光学系统效率

通过考察光损失估计光学系统的功效。要估计的两种主要的光损失源为：

（1）次级光学器件

次级光学器件（secondary optics）是不属于LED本身的所有光学系统，如LED上的透镜或扩散片。与次级光学器件相关的损失，根据使用的特定元件的不同而变化。通过各次级光元件的典型光学效率在85-90%之间。

（2）灯具内的光损失

当光线在到达目标物之前，打到灯具罩上时，就产生了灯具光损失。某些光被灯具罩吸收，有些则反射回灯具。固定物的效率由照明的布局、灯具壳的形状及灯具罩的材料决定。

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

对示例中的照明，如果照明需要次级光学器件，则只存在次级光损失。次级光学器件的主要目的是改变LED的光输出图像。将Cree XLamp XR-E LED的光束角度与目标灯具的光输出图像进行比较，发现裸LED的光束角度与目标灯具的非常相似，所以不需要次级光学器件。因此，对本示例照明，不存在次级光学器件引起的光损失。

要计算本CFL示例的灯具损失，我们假定灯具反射杯的反射率为85%，60%的光将打到反射杯上。因此，光学效率为：
Optical Efficiency
= (100% x 40%) + (85% x 60%)
= 91%

2、热损失

LED的相对通量输出（relative flux output）随着结温的上升而降低。大多数LED数据手册都列出了25℃下的典型光通量值，而大多数LED应用都工作于较高的结温。当结温Tj > 25℃时，光通量肯定比LED数据手册给出的值有所降低。

LED数据手册中有一个曲线，给出了相对光输出与结温的关系。对本CFL示例，其照明只是为屋顶通风的商业建筑设计的。本设计基于所列的设计目标，对光输出、功效和使用寿命的优先次序进行了划分。

XLamp XR-E LED额定为5万小时后提供平均70%的流明维持率，结温保持在80℃或以下。因此，CFL示例的最高合适结温为80℃。对应的最小相对光通量为85%。这里85%相对光通量是对本例照明热功效估计的值。

3、电气损失

LED驱动电子设备将可用功率源(如墙体插座交流电或电池)转换成稳定的电流源。这一过程与所有电源一样，效率不会达到100%。驱动器中的电气损失降低了总体照明效能，因为发热浪费了输入功率，而没有用在发光上。在开始设计LED系统时，就应考虑到电气损耗降低了总体拥有成本(TCO)。

全世界有200亿以上的灯具使用白炽、卤素或荧光灯。其中许多灯具用作方向照明，但都是采用在所有方向发光的灯。美国能源部(DOE)称，在新住宅建筑里，嵌顶灯是安装最普遍的照明灯。此外，DOE报告称，采用非反射灯的嵌顶灯对于室内应用，驱动器效率87%的估值很好。室外用或非常长的使用寿命的驱动器，效率可能要低一些。

阅读详细指南，请访问http://www.cree.com/products/pdf/LED_Luminaire_Design_Guide.pdf.