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LED 灯具标准体系建设研究[2]

2010-2-2  来源:中国照明网  作者:陈超中 施晓红 杨樾 王晔  有207916人阅读

  本文通过对我国灯具标准体系现状的分析,对灯具标准的基本原则的阐述,说明了用好光源提供照明服务是制定灯具标准基本任务,揭示出目前的灯具标准体系覆盖了LED 灯具,同时通过对LED 灯具特性的分析,提出了制定LED 灯具特殊性能要求标准的主要考虑,明确了LED 灯具标准应纳入现有灯具标准的渠道。

  (二)采用LED 的灯具的一些特性

  不论是传统光源灯具还是LED 灯具,其功能是相同的,都是为各类场所提供安全舒适的功能照明或五光十色的装饰照明。灯具设计的任务是从光源出发,通过光学系统、电气配件、散热措施和机械部件和结构的良好合,形成一个既具有环境适应性、又具有良好照明性能、同时还能和谐地存在于一个环境中的照明器具。

  LED 具有与传统光源不同的特性,LED 灯具也呈现出与传统灯具不同的方面。

  1.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套符合照明要求的灯具光学系统。通常灯具的光学系统由光源、灯座、反射器和透光罩组成。

  与传统光源灯具的光学系统相比,LED 灯具光学系统具有如下特性:

  (1)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。

  由于 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。

  制造商根据照明需求,将多个 LED 单元或数十个LED 单元组合在基板上,而这种组合是由灯具制造商完成的,所以必须控制组合后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。

  在给出 LED 灯具寿命评价方法时,应考虑温度的影响,并在限制色偏移的条件下,考核LED 灯具的流明维持率。

  2.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 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,必须要设计复杂的变换电路驱动LED。

  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。

  LED 驱动电源的可选择参数包括与内部元器件工作温度相关的测温点与温度、驱动方式(恒压型、恒流型、或恒压恒流混合型)、功率因数、输出电流和输出电压的稳定性、单一功率负载或功率范围负载、能效等级。如是独立式安装,外壳防护等级、防触电类型、浪涌和雷击防护的适宜性也是重要参数。

  除了驱动电源本身以外,它与LED 模组的电气连接也是LED 灯具电气系统的重要组成部分,应充分考虑这些电气连接的安全性,包括应采用标准的连接件、充分绝缘、防触电保护等,特别应注意的是,由于可能存在多路连接,未来保证安装和维护是电气连接的正确可靠,应对连接件进行识别,如电源极性标记等。

  3.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。

  传统电光源按发光原理分为典型白炽灯的热幅射光源和荧光灯等的气体放电光源两大类,前者是利用物体加热时辐射发光的原理做成的光源,而后者是在高温和电场双重作用下,直接激发形成分子发光,两者的发光过程都需要热,同时,产生的热与发出的光一起向周围辐射。

  LED 的发光原理是在外加电能量作用下,芯片中PN 结电子和空穴的辐射复合发生电致发光,由于转换效率的问题,最终大概只有30%的输入电能转化为光能,其余70%的能量主要以非辐射复合发生的点阵振动的形式转化热能。需要说明是LED 发光过程中产生的热并不是LED 达到标称工作状态所需要的,相反,LED 亮度输出与温度成反比,而且热传递的方式不是辐射而是传导。

  从 LED 发光原理和热传递特性考虑,与传统灯具有很大不同的热管理是LED 灯具散热设计的重要任务,其目标有效地将LED 芯片的热有效地传导出去,并有效地控制灯具的微环境,将LED 结温控制在可接受的范围内。

  LED 结温是灯具光电性能的关键,但由于灯具中LED 结温测量比较困难,可行的评价方法是测量与LED 结温相关的灯具上点的温度,如焊点、基座、灯具外壳等。通过控制这些LED 结温相关点的温度来控制LED 结温。制造商需确定其灯具产品的LED 结温相关的温度控制点和温度,如LED 模块的焊点、基座、灯具外壳等等,制造商确定的这些参数应以产品信息的方式随灯具提供。

  除了 LED 以外,LED 灯具中的驱动电源也是发热部件,为了保证具有与LED 光源协调的寿命,LED驱动电源的热控制也非常重要,灯具应选用具有相应温度适宜性的LED 驱动电源,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 的驱动电源。选择独立安装的驱动电源,则应根据安装地可能的环境温度选择具有相应的tc 的电源。

 

 

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