LED照明

诸华飞 2014-09-24 22:16:00 52人围观

  LED概述:

  LED是一种由半导体材料制成的组件,是一种新型的用微弱的电能就能发光的高效固体光源。

  LED主要特点是:寿命长、能耗低、显色度高、易维护、体积小、直流电驱动、驱动电压低、点亮速度快、无频闪、眩光少、耐震性强、发热少、防爆(无高气压元件)等特性,是近年来全球最具发展前景的高新技术领域之一。
  LED常规参数和含义

  光通量: 发光体每秒种所发出的光亮之总和,单位-流明(LM)。
  光强:一般来讲,光线都是向不同方向发射的,并且强度各异,可见光在某一特定方 向内所发射的强度称为光强,单位-坎德拉(cd)
  照度:照度是光通量与被照面的比值,单位-勒克斯Lux(Lux )。1 Lux的照度为1 LM的光通量均匀分布在面积为一平方米的区域。
  光衰:LED光衰是指LED经过一段时间的点亮后,其光强会比原来的光强要低,而低了的部分就是LED的光衰。
  频闪:电光源光通量随交流电压周期变化而变化称为频闪,研究表明,频闪是引起近视和偏头痛的主要原因。
  发光效率:代表光源将所消耗的电能转换成光的效率,单位-流明每瓦(LM/W)
  显色指数:
  是光源显色性的定量描述,表示符号为Ra。光源对物体颜色呈现的程度称为显色性,也就是颜色逼真的程度,显色性高的光源对物体再显较好,我们所看到的颜色也较接近自然原色;显色性低的光源对颜色的再现性差,我们看到的颜色偏差也较大。国际照明委员会CIE 把太阳的显色指数定为Ra=100,各类光源的显色指数各不相同。显色性是照明设计上非常重要的参数,直接影响被照物品灯光下颜色真实的效果。
  平均寿命:指一批LED灯50%的数量损坏时的小时数,单位-小时(H)

  LED灯管结构概述

  LED灯管由灯管外壳、堵头、灯珠、线路板、电源组成,每个件都可以折除,其中任何一个部件坏了,都可以维修或更换,LED灯具的所以材质都可以回收再利用,是一种较为环保的照明产品。
  LED灯管是第四代新型冷光源,主要使命是为了代替现有的荧光灯,因此,其结构尺寸和现在的荧光灯是一致的,常用的灯管依据灯管的直径来标称,如T5、T8、T9、T10等,而T是tube的简写,意指管状灯具,就是普通的日光灯管,每个T就是1/8 inch (英寸) T8灯管也就是灯管直径为一英寸的灯管。
  常用灯管的长度有0.6m、0.9m、1.2m 、1.5m等。

  LED灯管常用驱动电源的分类与特点

  一般的LED只能采用直流电驱动,不能在LED两端施加交变电流或电压。同时,为了获得高质量的照明效果,使LED输出稳定、长寿命的光通量,LED的输入电流需恒定。但现有供电系统通常采用120V或220V的交流电。由于LED不能直接用交流供电,因此,要使LED能正常、稳定的工作,则必须在前面加一个AC-DC的转换电源,目前广泛应用于LED灯管的转换电源分为:

  1.非隔离式恒流电源: 非隔离是指在负载端和输入端有直接连接,因此触摸负载就有触电的危险,因为非隔离的电源会把交流电源的高压引入到负载端,从而引起触电的危险。通常LED和铝散热器之间的绝缘也就靠铝基板的印制板的薄膜绝缘。虽然这个绝缘层可以耐2000V高压,但有时螺丝孔的毛刺会产生所谓的爬电现象,因此,在安全上存在巨大隐患。

  2.隔离式恒流电源:隔离式是指在输入端和输出端有隔离变压器隔离,这种变压器可能是工频也可能是高频的。但都能把输入和输出隔离起来。可以避免触电的危险。
  由于隔离式开关电源在电气安全上占有绝对的优势,因此,在LED照明领域得到广泛的应用,但是由于隔离式开关电源比非隔离电源多加了一个变压器,而且变压器的体积也比较大,因此,LED灯管内置隔离电源受到成本和空间的制约。

  LED日光灯灯板的材质与特点

  LED日光灯常用的灯板为:

  1.玻纤板(FR4)
  玻纤板是采用玻璃纤维布制成的 , 玻纤布基板的机械性能、尺寸稳定性、
  冲击性、耐湿性都比较高。其电气性能优良,工作温度较高,本身性能受环
  境影响小。相对于铝基板来说,其成本要比铝基板低,但在散热方面却远不如铝
  基板.

  2.铝基板
  铝基板是一种独特的金属基覆铜板,它具有良好的导热性、其电气绝缘性
  能和机械加工性能比不上玻纤板.

  LED灯管结构设计的发展

  一、全塑灯管
  早期的LED灯管采用的都是PC管,主要是因为早期的LED灯管驱动电源采用的是非隔离电源,为了防止驱动电源通过外壳漏电而用PC管,采用的灯珠是Φ5DIP草帽灯珠,很快便发现了这种灯管的光衰很严重,主要是散热问题,热量全部堵在管内无法散出去,再加上草帽灯珠的寿命本来就短,灯管的使用就有了局限。所以,目前市场上基本上都采用贴片灯珠作为光源。

  LED灯管结构设计的发展

  二、PC+散热铝
  在全PC灯管的散热问题被发现后,研发工程师们针对这一现象对灯管的结构重先设计,而以PC+散热铝+铝基板组成的LED铝塑管因其具有散热性能好、光线分布均匀、不易变形等特点而成为目前市场上主流产品。(目前PC管已经渐渐淡出市场,还有一种玻璃灯管因其散热效果和PC管一样,而且易碎、不易运输已经被市场所淘汰)

  LED灯的特点

  一、高效节能
  一千小时仅耗几度电(普通60W白炽灯十七小时耗1度电,普通10W节能灯1百小时耗1度电),低压驱动,超低功耗(单管0.05W).光效高,比普通照明灯具节能60%-80%.
  二、超长寿命
  半导体芯片发光,无灯丝、无玻璃泡、不怕震动、不易破碎、使用寿命3万到5万小时(普通的白炽灯使用仅有一千小时,普通节能灯使用寿命也只有八千小时)相当于不间断照明3年时间。
  三、健康
  光线健康光线中不含紫外线和红外线,不产生辐射(普通灯光线中含有紫外线和红外线)
  四、保护视力
  由恒流源驱动,无频闪现象。
  五、安全系数高

  所需电压、电流较小、发热较小,不会产生安全隐患。

  六、绿色环保

  不含汞和铅等有害元素,不会对环境产生污染。

  七、响应时间快

  LED 一般可在几十毫秒(ns)内响应,因此是一种高速器件,这也是其 他光源望尘莫及的。

  八、易于调光、调色、可控性大:

  LED 作为一种发光器件,可以通过流过电流的变化控制亮度,也可通过不同波长LED 的配置实现色彩的变化与调节。

  影响LED灯具品质的几大因素

  一、散热

  LED灯管的热量累计不仅影响LED的电气性能,还可能最终导致LED失效。因此,为了保证LED灯的寿命,散热成为白光LED应用的一个关键技术,减少或者迅速耗散LED产生的热量成为白光LED在应用设计方面的首要问题。

  二、光源材质

  LED属于点状光源,如果使用较差的LED,那么LED在工作过程中会放出大量的热量,使管芯结温迅速上升,LED功率越高,发热效应越大.LED芯片温度的升高将导致发光器件性能的变化与电光转换效率衰减,严重时甚至失效。

  三、驱动电源

  LED电源的质量直接制约了LED产品的可靠性 ,因此,国际市场上国外客户对LED驱动电源的效率转换、有效功率、恒流精度、电源寿命、电磁兼容的要求都非常高,因为电源在整个灯具中的作用就好比像人的心脏一样重要。

  四、驱动电流

  LED在其电流极限参数范围内流过LED的电流越大,它的发光亮度就越高.即

  LED的亮度与它的工作电流成正比.但如果流过LED的电流超出极限参数范围,LED

  就会出现饱和,不仅使发光效率大幅降低,而且使用寿命也会缩短

  五、光线分布处理

  LED是一个方向性的点光源,如何创造性地应用LED的这个特点,营造一个舒适的光环境是LED灯光学设计技术的核心。LED光源本身一般会有透镜或者透射材料,用于提高光线出射效率,同时满足出光约120度的配光分布,一般称为一次光学设计。但是为了满足室内照明的各种需求,需要将光根据需要重新分配,采用何种方式将LED发出的光进行二次分配,以达到舒适的光环境,也是影响LED品质的重要因素。

  灯具主要电性参数

  输入电压:

  即LED灯具正常工作所需要的电压值,根据不同的国家有着不同的输
  入电压值,我们通常指的民用全电压就是AC85~264V。

  输入功率:

  输入功率是指各类用电器件的输入电压和输入电流的乘积,即电源或
  电网给各类用电器件提供电能的功率。 单位—瓦特(W)
  Pi(输入功率) =Vin(输入电压)*Ii(输入电流)

  功率因数:

  又称为功率因子,英文缩写PF(Power Factor),是有功功率与视在功
  率的比值。功率因数在一定程度上反映了电能得以利用的比例,是合理
  用电的重要指标。

  恒流精度:

  恒流精度意指当驱动电源的输入电压在一定范围内变化时,输出电流波动值与
  额定输出电流之比,通常用百分数来表示.如某LED驱动电源额定输出电流0.45A,
  当输入电压在AC80~264V变化时,测得输出电流在0.43-0.45之间变化,那么恒流
  精度=(0.45-0.43)÷0.45≈0.045 =4.5%.恒流精度越高,则LED工作越稳定,反之,则
  会出现频闪现象,更为严重的还会导致LED失效。

  电磁兼容:

  电磁兼容(EMC)是指设备或系统在所处的电磁环境中能正常工作并且不对
  该环境中任何其他事物构成不能承受的电磁骚扰的能力(如导致收音机无法正常
  播放、导致电视画面出现杂迅等现象)。

  常见的LED电性能参数

  一、LED的正向压降:

  不同产家的LED在额定的正向电流条件下,有着各自不同的正向压降值。
  黄色:1.8V~2.5V之间 绿色和蓝色:2.7V~4.0V之间 白光:一般在2.7V~3.5V之间

  二、LED的额定电流:

  LED的额定功率各不相同,普通的LED电流一般为20mA,大功率的LED电流在40mA或350mA不等。

  三、LED的功率:

  而LED功率的大少也各不相同,有0.07W、0.1W、1W、2W、5W等,所以必须根据所选择的LED,设计合理的使用电路和配置合适的灯珠数量,使其完全满足LED电源的额定值,如果设计的电路使每个LED分担的电压或电流过高,就会严重的缩短LED灯珠的使用寿命甚至烧毁LED灯珠,如果分担的电压或电流过低,测激发的LED光强不够,就不能充分发挥LED应有的效果,达不到我们期望的目的。

  由已知电源功率计算灯珠数量


  例:一额定输出功率为18W的电源,在使用额定正向电流20mA,耗散

  功率0.07W的LED,可以配置多少个LED?

  解:已知电源额定功率为18W,LED耗散功率为0.07W,则得出可配置的灯珠数

  量为18÷0.07≈256颗(取整数),在实际使用中,为了延长LED的使用寿命及

  考虑到LED的可靠性,因此需要降额使用,即降低LED的工作电流(一般在17~18mA之间),而降低了LED的工作电流,则LED的耗散功率就必然会减少。
  耗散功率P=VF(LED正向压降)X IF(LED额定电流)
  那么,实际上可以配置的LED数量如下:

  VF=P÷IF=0.07W÷0.02A=3.5V 取LED实际工作电流为18mA 则:

  实际耗散功P=VFXIF=3.5VX0.018A=0.063W

  灯珠数量为18W÷0.063W=285颗(取整数)

  总结:

  以上文章是现如今最常用也是最流通的LED产品讲解,优势和特点都写在上面了在此就不阐述了,在此谢谢你的阅读,希望能帮你。

  






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