LED日光燈之性能、電源、結構和壽命
上傳人:茅于海 上傳時間: 2010-04-06 瀏覽次數: 211 |
假如原來采用的是電子鎮流器(圖5b),那么直接替換所產生的問題就更麻煩了。因為這時候加在日光燈兩端的是一個高頻高壓。必須先用整流器變成直流高壓,再用降壓恒流源去驅動LED。這時候的效率將變成前面電子鎮流器的效率和后面的降壓恒流源效率的乘積,就可能連70%都不到。
4.集中式外置電源
為了得到最高的性能最好采用集中式外置電源。因為目前推廣LED日光燈的主要場所是政府機關、辦公室、商場、學校、地下停車庫、地鐵等場所,往往一間房間采用不止一個日光燈,可能在10個以上。這時候就應該采用集中式的外置電源。所謂集中式是指采用一個大功率的AC/DC開關電源,統一供電,而每個日光燈則采用單獨的DC/DC恒流模塊。這樣可以得到最高的效率和最大的功率因素。
圖5. 集中式外置電源
現在大功率的AC/DC開關電源的效率很容易做到95%,功率因素可以做到0.995。而降壓式的DC/DC恒流源的效率也很容易做到98%。這樣總效率可以做到93.1%。這時的性能可以做到最高。
以20W LED燈管為例,假如采用非隔離內置式電源,直接用220V供電和外置式集中供電比較,實測的結果如下。
性能指標 |
內置式非隔離 |
內置式加上 |
內置式加上 |
外置式(每根燈管) |
總功率 |
25.6W |
26.85W |
30.5W |
22.18W |
效率 |
78% |
74% |
65% |
92% |
功率因素 |
0.946 |
0.51 |
0.916 |
0.99 |
集中式供電的優點是顯而易見的。而且,它還是一種隔離式電源,在燈管處沒有220V高壓,只有低于36VDC的直流低壓,也是符合安全使用的條件。
另外,這種結構也很容易實現各種調光方案,例如手動調光,光敏調光,只要把調光控制信號送到各個DC/DC恒流模塊就能實現。其具體的方框圖如圖6圖7所示。
圖6. 手動調光日光燈方框圖
圖7. 光敏調光日光燈的方框圖
五.結構
按說,LED日光燈既然稱為日光燈那么它的結構一定就是熒光燈的模樣,連長短、粗細也都一樣,甚至稱呼也是T10、T8、T5,也都一樣,也就沒有什么可以討論的了。其實則不然。LED日光燈在這方面走了很多彎路,是值得大書特書的。
全塑燈管,早期的LED日光燈采用的是全塑燈管,因為主要采用非隔離式電源,為了避免觸電問題,所以更希望采用全塑燈管。里面采用的是φ5的草帽管LED。但是很快就證明了這種日光燈的光衰很嚴重,壽命非常短,不到1000小時就壞了。這才發現,最大的問題是散熱問題。由于把熱量全部封死在管內,根本無法散出去,再加上草帽管本來壽命就短,當然不可能長壽命。
半塑半鋁管,在發現了散熱問題以后,就想到采用半塑半鋁的方案(圖8)。
圖8. 半塑半鋁燈管
在需要透光的那一半采用塑料,在不需要透光而需要散熱的那一半就采用鋁合金。電源當然是放在鋁管里面。看來問題似乎是解決了。然而因為LED日光燈的功率通常在20W左右,它的發熱量還是相當大的。半根鋁管并不能解決它的散熱問題。所以又提出另一種散熱的鋁管結構。
扇骨形鋁管(圖9)它把電源放到管外,從而可以把半邊鋁殼完全做成散熱器。扇骨形鋁管采用扇骨形狀的散熱結構,大大增加了散熱器面積。相對于半圓形的鋁管來說,它的散熱面積至少增大了3倍以上。再加上電源不放在管內,又可以減少熱量,這就大大延長了LED的壽命。
圖9. 扇形燈管
六.壽命
我們知道小功率LED指示燈的壽命是非常之長,只是當LED作為照明器件以來,LED的壽命問題才被提出來。其實LED的壽命完全取決于它的結溫。只要結溫夠低,LED的壽命提高到十萬小時以上是沒有問題的。
但是由于LED本身的發光效率目前還是比較低,大約還有70%的輸入功率要轉化為熱能,如果這些熱不能很好地散發出去,LED的結溫就會升高,于是LED的壽命就會隨之降低。所以延長LED壽命的根本辦法就是改進其散熱。改進散熱要從LED本身做起。前面提到的3014,就是靠增加底板金屬面積二改善了散熱,使其熱阻降低到只有51°C/W.。只要散熱器做得足夠好,可以保證接腳溫度在60°C以下,那么其壽命可以保證在5萬小時以上。
我們實測的結果也證明了這點,在25度室溫下,我們測得鋁散熱器的表面溫度為35度左右,如果在45度環境溫度時,那么散熱器表面溫度就應當是55度,因為采用了扇骨形鋁塑管,鋁基板和鋁散熱器的熱阻大約50°C/W。所以到LED底板溫度大約是60度。因此可以保證其壽命為5萬小時以上。
最后我們可以給出各種結構和電源的綜合優缺點比較表:
內置式非隔離電源 |
內置式隔離式電源 |
外置式非隔離 電源 |
外置式隔離式電源 |
外置式集中供電電源 |
可直接替換鐵芯電感熒光燈 |
可直接替換鐵芯電感熒光燈 |
無法直接替換需拆去鎮流器 |
無法直接替換需拆去鎮流器 |
無法直接替換需拆去鎮流器 |
不易通過CE、UL認證 |
容易通過CE、UL認證 |
不易通過CE、UL認證 |
容易通過CE、UL認證 |
容易通過CE、UL認證 |
存在觸電隱患 |
無觸電隱患 |
存在觸電隱患 |
無觸電隱患 |
無觸電隱患 |
效率低:67% |
效率低:67% |
效率高:88% |
效率高:90% |
效率極高:93% |
功率因素差:0.51 |
功率因素差:0.51 |
功率因素高:>0.9 |
功率因素高: |
功率因素極高:>0.99 |
電解電容溫升高,電源壽命低 |
電解電容溫升高,電源壽命低 |
電解電容溫升低,電源壽命高 |
電解電容溫升低,電源壽命高 |
電解電容溫升低,電源壽命高 |
散熱差、LED壽命低:<10,000hrs |
散熱差、LED壽命低:<10,000hrs |
散熱好,LED壽命高: >50,000hrs |
散熱好,LED壽命高 : >50,000hrs |
散熱好,LED壽命高: >50,000hrs |
電源成本低:<19元 |
電源成本高: |
電源成本略高:>20元 |
電源成本略高:>36元 |
電源成本高:>50元 |
LED或電源損壞時都要一起丟棄 |
LED或電源損壞時都要一起丟棄 |
LED或電源損壞時不必一起丟棄 |
LED或電源損壞時不必一起丟棄 |
LED或電源損壞時不必一起丟棄 |
無法調光 |
無法調光 |
無法調光 |
無法調光 |
可以調光 |
展望
目前中國每年要生產幾十億支熒光燈,這些熒光燈廢棄以后,滲透到地下水中的水銀不知道要給我們的后代帶來多大的危害性。如前所述,LED日光燈比起傳統的熒光燈具有無可比擬的優點,而且隨著LED的發光效率的逐年提高,成本逐年降低,全面取代熒光燈的時代指日可待。
但是現在全國每年頂多生產幾十萬支LED日光燈,而且大部分是出口,國內使用寥寥無幾。
實際上,應該說即使現在它在經濟上已經是完全值得取代現有熒光燈,再加上它的無毒、環保等等優點,現在就值得大力推廣。尤其是作為政府和各種非盈利綠色環保組織和機構,從現在開始就應該大力宣傳各種LED燈具的優越性,對廣大人民群眾進行宣傳教育,宣講其優越性。各個銀行、金融機構更應該全力參加EMC合同,減少人們的顧慮,使得其更容易推廣。尤其是節能環保是關系到減緩大氣變暖、拯救地球的重要措施。是人人都要積極行動起來的頭等大事。希望我們推廣LED日光燈也能在這個過程中貢獻我們一份微薄的力量。
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