随着发光效率的提高和单位成本的降低,半导体发光芯片(LED)应用逐渐由传统的小功率(指示灯、背景灯等)发展到大功率应用场合(工矿灯、路灯等)。散热和二次光学设计是大功率LED照明开发的两大关键技术和核心,对整灯的光效、光品质和使用寿命等起着决定性的影响。因此,本文针对大功率LED筒灯,开展了系统的散热和二次光学设计研究。散热控制方面,首先利用FloEFD仿真软件构建了大功率LED筒灯模型,通过分析,对比研究了四种不同散热方案的散热性能,结果表明:具有烟囱强化对流效应的筒状散热器结构方案散热性能最优。通过正交试验法对选定模型的筒壁厚度、导热基板厚度和翅片数等三个因素进行评价。其次构建测试平台,通过对样品的实际测试,对比模拟分析数据,验证模型及优化方案的准确性,并对比散热器表面是否涂敷高辐射性能涂料对散热能力的影响。最后通过模拟,对具有烟囱强化对流结构结构的筒状散热器进行方向性影响分析,研究流体温度、速度和轨迹等参数变化。二次光学设计方面,首先提出基于曲面特性的小角度TIR(Total Internal Reflection)透镜设计方法,即适当设计指定光线从透镜的一个表面到另一表面的光路分布,再以此分别迭代计算透镜的各个表面,以此方法设计一款小角度配光的TIR透镜。结果表明,所设计的小角度配光透镜配光角度为6°,照度均匀性达到97%,能量利用率为85%。该设计方法能够快速得到透镜的曲面形状参数,适合于小角度配光透镜的设计。其次对大功率LED筒灯的进行二次光学设计。采用软件优化法,根据目标配光曲线和对比传统的反射器方案,通过分析和优化模型,设计一款新型的反射器,配光角度为80°,能够有效解决光斑和眩光等问题,并对设计的大功率LED筒灯进行照明模拟以指导实际应用。