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LED灯具特性及其标准解析[2]

2013-3-29  来源:中国照明网  作者:陈超中 施晓红 李为军 王晔  有281560人阅读

  摘 要:本文从LED 灯、灯具及其现状为切入口,在LED 灯、灯具相关定义的基础上,分析了LED 灯具的特点和目前存在的问题,并与传统灯具性能、评价和设计方面做了比较,同时针对国际电工委员会(IEC)、美国能源之星(EnergyStar)、北美照明学会(IESNA)在LED灯具有关标准的出版情况和我国LED 灯具有关的国家标准的出版情况进行了介绍。

  二、 LED 灯具与传统光源灯具的差异性

  目前LED 灯具与传统光源灯具就性能、评价和设计方面存在着很多不同地方。

  1、在LED 灯具性能评价方面

  a) 色空间均匀度评价来评价LED 灯具的存在的不同观察角颜色差异。

  传统光源单个发光体的特征不同,LED 灯具使用的LED 灯是多个发光体组成并发光的,LED 灯具中的发光体之间存在颜色差异性,需要使用色空间均匀度评价来评价LED 灯具颜色的空间分布情况。

  b) 用寿命来评价LED 灯具的耐用性。

  传统光源的寿命性能的测量和评价已经标准化,而且具有互换性,所以传统光源灯具的寿命可以通过替换损坏的光源、以及按10 年寿命设计的灯的控制装置来满足要求,所以一般不评价传统光源灯具的寿命。LED 灯具的寿命与LED 本身寿命、LED 驱动器以及灯具提供给LED 的环境等诸多因素有关,而且目前LED 灯形式较多,除了带标准灯头的LED 以外,其他LED 灯不具有互换性,这样对不同的LED 灯具,其寿命只有通过相关的寿命评价才能确定。在评价LED 灯具寿命时,不仅要声称光通维持寿命(LX),还要声称失效率(FX)。

  c) 灯具可以利用的光通量比例的评价参数和传统灯具不同。传统照明灯具用灯具效率来评价,而LED 灯具使用光效评价。

  d) 不像传统照明光源可单独进行光度测试,光度测量时可以使用相对法, LED 光源对温度极其敏感,不适宜将LED 光源从灯具内分离出来单独测量,光度测量时应采用绝对法对灯具整体进行光度测试。

  2、在LED 灯具设计方面

  LED 灯具在光学系统设计、电气配件、散热措施以及结构等设计方面与传统光源的灯
具相比有明显出别。

  a)光学系统

  灯具的光学系统是灯具的灵魂,其目的是根据选定光源的特性设计一个符合具体照明要求的灯具光学系统。通常传统光源灯具的光学系统由光源、灯座、反射器和透光罩组成。由于一些LED 单元具有2π发光的光度特性,灯具的光度系统与传统光源灯有很大区别。具体表现特征如下:

  (1)LED 灯具光学系统一般由LED 芯片和透镜组成LED 单元或LED 单元阵列组成,阵列有时排列在平整的铝基板上、也可能在突起的或凹下的成型基板上,灯具使用、或不使用透光罩。灯具制造商可根据照明需求,将多个LED 单元或数十个LED 单元组合在基板上,应注意控制组合后LED 单元光色的一致性,考核LED 灯具的色空间均匀度。

  (2)由于LED 的光电特性对PN 结温度的变化非常敏感;封装树脂在高温和强光照射下会快速劣化;长期的光辐射会使荧光粉的光致转换率逐渐降低,并导致色座标会偏移。出LED 灯具寿命评价时通常是在限制色偏移的条件下,考核LED 灯具的流明维持率。

  b) 电气配件

  LED 驱动电源是构成LED 灯具性能优劣的关键要素,也是灯具选择或设计要件之一。LED 灯具电气设计应考虑灯具要使用LED 特性和数量、灯具的安装地点,以及灯具在电网中的位置来考虑电气安全、恒流驱动、抗扰度和EMI,选择或设计合适的LED 驱动电源。

  由于LED 是2V~3V 的低电压恒流源驱动,所以不象普通的白炽灯泡可以直接连接220V 的交流市电,必须要设计电源和控制电路来驱动LED。此外,LED 模组的电气连接也是LED 灯具电气系统的重要组成部分,应充分考虑安全性,应采用标准的连接件、充分绝缘、防触电保护等。

  c) 散热措施

  与传统光源灯具一样,LED 灯具也是会发热的,LED 灯具的热来自LED 光电转换中的损耗以及LED 驱动电源。与传统电光源发光原理(白炽灯的热幅射和荧光灯等的气体放电)不同,LED 的发光是电致发光,由于转换效率的问题,输出的大部分能量主要以非辐射复合发生的点阵振动的形式转化热能。而热量在LED 内的传递的方式不是辐射而是传导。所以在LED 灯具散热设计中主要目标是有效地将LED 芯片的热有效地传导出去,并有效地控制LED 灯具内LED 结温。

  对于LED 灯具,除了LED 是发热部件外,LED 灯具中的驱动器也是发热部件,为了保证具有与LED 光源协调的寿命,LED 驱动器的热控制也非常重要,如果采用内装的驱动电源,灯具应根据其内环境温度选择标有相应tc 的驱动器。而驱动器独立安装时,则应根据安装地可能的环境温度选择相应tc 驱动器。

  d) 机械部件和结构

  机械的作用是通过结构设计把灯具的光学系统、电气系统和热系统的位置和相互关系确定下来,使灯具得以在设定的环境中固定并安全的使用。

  传统灯具的机械系统由固定光源、反射器、灯的控制装置等部件的结构、软缆或软线的走线结构、密封结构、机械防护结构、灯具固定结构和灯具调节结构等部分构成,具体由灯座或光源连接器、灯座安装支架、软线固定架、接线端子座、外壳、灯罩和灯具安装架等组成。由于LED 光源的特性,LED 灯有封装、模组、LED 光引擎、整体式LED 灯、非整体式LED 灯等几种形式,除了最后两种形式可能具有与传统光源灯具类似内部结构以外,其他LED 灯不带有标准灯头,这种情况下,LED 灯具具有如下结构特征:

  -LED 灯具中没有灯座,而是用连接件完成LED 灯与灯具的电气连接,并采用其他方式将LED 灯固定到灯具主体上。

  -为了导出LED 芯片产生的热,LED 灯具有大量的散热片,灯具的体积和重量比传统光源灯具大得多,灯具的安装结构应作相应考虑,以保证安装的安全性和可靠性。同时散热片应设计成容易清洁或不容易积灰的结构,否则,散热片的效率会很快降低。

  -当LED 灯具使用了电源线,而且电源线是可以拆卸进行维护时,属于非Z 型连接,与非Z 型连接的传统光源一样,LED 灯具也应使用软线固定架。

 

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