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专家解读LED吸顶灯及其驱动电源

发布时间:2022-02-15 03:37:16 来源:米乐m6官网

  全面、大规模进入家庭的一年。美国家庭中首要是选用E26型的白炽灯。但在我国的城市家庭中则很少有人还用白炽灯,而大多数选用曲折荧光灯管的

  一般吸顶灯的外形虽然有许多种(图1),但最一般的便是圆形或方形,杂乱的则更有各种奇形怪状的水晶吸顶灯:

  带镇流器节能灯的整灯火效只要55lm/W,最高的大功率U型也只要80lm/W。并且由于一切这些吸顶灯大多选用T5型灯管,折弯成各种形状。但不论最终折弯成什么形状,它都是360度发光的,其间向上的180度的光线有必要反射回来才会变成有用的光线,这个反射进程就会丢失许多光。所以做成灯具今后的光效至少要打70%的扣头。也便是上述光效还要再乘以0.7。并且在实践运用时,它的亮度随时刻衰减得很快。例如一根飞利浦的32W环形T5三基色灯管YH32RR16,色温为6500oK,其发光功率为67lm/W,总流明数为2150lm,实践上只要70%的光线 含汞

  而汞的沸点很低,在常温下可蒸腾。一支废旧丢掉荧光灯破碎后,当即向周围宣布汞蒸气,瞬间可使周围空气中的汞浓度抵达10-20毫克/立方米,超越国家规定的汞在空气中最高答应浓度(为0.01毫克/立方米)的1000至2000倍,人体一次吸入2.5克汞蒸气即有生命风险。并且液态汞的浸透率极高,掉到地下今后就会马上进入地下污染地下水。1毫克汞足以污染5454.5公斤饮用水,使之达不到安全的饮用规范。现在拼命推行节能灯,实践上也是对咱们后代不负责任的做法。

  节能灯管依照荧光粉区分有:混合粉、卤粉、三基色。卤粉寿数在3000~4000小时;混合粉寿数在4000~6000小时;三基色声称在8000小时以上。

  荧光灯所用的镇流器大多数无法给出满意的功率,例如作者实测一个32W荧光灯所用的镇流器其输出功率只要16W,也便是只要50%的额定功率。并且一切荧光灯的寿数之所以短,首要是镇流器的寿数很短,并且一旦荧光灯损坏,镇流器一般也跟着损坏。简直一切人的经历都是一般一年就要换一次镇流器或灯管,大多数时分是一年不到,两个都要换。

  一般的吸顶灯价钱在几十到几百元的都有,国外品牌的吸顶灯要600元以上,至于一些带有水晶饰物的吸顶灯,价钱高达几千元以上举目皆是,而其光源只不过顶多是一个40W的异形荧光灯罢了。所以吸顶灯不像一般节能灯那么廉价。

  LED自身的发光功率现已抵达130lm/W以上,所以LED吸顶灯的全体光效现已可以抵达100lm/W。并且这个功率还在每年添加,据估计,到2020年,LED自身的发光功率将会抵达240lm/W。光效高就意味着节能。依据实测的成果,一盏8W的LED就可以替代一盏32W的吸顶灯。电功率可以节约4倍以上。

  LED的寿数为10万小时,做成灯具今后,现在实践上公认的寿数为至少3万小时,高质量的可以做到5万小时,要比荧光灯长10倍以上,即便最高寿数的三基色荧光灯的寿数为1万小时,也还高出5倍以上。

  一般关于功率大于30W以上的大多选用1W的LED灯珠,低于30W的大多选用小功率LED灯珠(例如3020,3014,3528等)。主张选用贴片式小功率LED,以便于散热,也可以进步发光的均匀度。灯珠可以依照其外形来摆放,例如假定外形为圆形,那么灯珠就排成圆形,反之,假设外形是方形,那么就排成方形。即便如此,灯珠的摆放也仍是有许多种办法,一个典型的LED吸顶灯的内部结构如图3所示。

  图中圆环形的印制板上有两圈LED灯珠,它是选用23颗0.4W的5730型LED灯珠,一共功率为18W。中心的长方形为其恒流

  需求提出的是依然有许多的贱价LED吸顶灯选用了小功率草帽灯,可是由于草帽灯的热阻很大(450℃/W),很难把热导出,因而光衰严峻,寿数很短。

  (1)透光性:P C板透光率最高可达89%,可与玻璃相妣美。UV涂层板在太阳光下爆晒不会发生黄变,雾化,透光欠安,十年后透光丢失仅为6%,PVC丢失率则高达15%20%,玻璃纤维为12%-20%。

  (2)抗碰击:PC板碰击强度是一般玻璃的250-300倍,平等厚度亚克力板的30倍,是钢化玻璃的2-20倍,用3kg锤以下两米坠下也无裂缝,有“不碎玻璃”和“响钢”的美称。

  (3)防紫外线:PC板一面镀有抗紫外线(UV)涂层,另一面具有抗冷凝处理,集抗紫外线、隔热防滴露功用于一身。可阻挠紫外线穿过,及适宜维护宝贵艺术品及展品,使其不受紫外线)分量轻:比重仅为玻璃的一半,节约运送、搬卸、装置以及支撑结构的本钱。

  (5)阻燃:国家规范GB5022295承认,PC板尴尬燃一级,即B1级。PC板自身燃点是580摄氏度,离火后自熄,焚烧时不会发生有毒气体,不会滋长火势的延伸。

  (6)可曲折性:可依规划图在工地现场选用冷弯办法,装置成拱形,半圆形顶和窗形。最小曲折半径为选用板厚度的175倍,亦可热弯。

  (7)温度习惯性:PC板在-100℃时不发生冷脆,在135℃时不软化,在恶劣的环境中其力学,机械功能等均无显着改动。

  (8)耐候性: PC板可以在-40℃至120℃规模坚持各项物理目标的稳定性。人工气候老化实验4000小时,黄变度为2,透光率下降值仅0.6%。

  选用小功率的LED灯珠,摆放涣散一些,可以有助于散热。吸顶灯在结构上的特色也是有利于散热的。

  1. 内部空气无阻挠自在流转。这是吸顶灯比较于其他灯具最大的长处。密闭而不流转的空气是一种绝热功能很好的绝热体,反过来,可以自在流转的空气却是最好的散热体。世界上一切的发热物体最终都是把热量宣布到空气中去的。由于吸顶灯的底板有许多小孔,所以在吸顶灯的灯罩里,LED灯珠所发生的热量可以通过空气马上传递到外边去。

  2. 灯罩可以很好散热。咱们知道对流和辐射散热首要和面积及资料有关,而塑料的辐射散热的效果是很好的,并且灯罩的厚度很薄,所以塑料的导热欠好的影响可以疏忽。这可以从图4中加以阐明。

  3. 面积大:依据圆形的面积计算公式:S=r2,或S=(d/2) 2,关于一个直径为45cm的圆形吸顶灯,它的底板面积便是1590cm2。由于吸顶灯一般装置在室内,没有过高室温,所以可以选用40cm2/W的经历数据,那样也可以散去40W的功率。可是由于底板挨近天花板,不易散热,所以底板的实践散热效果会差许多。

  而灯罩由于是曲面形,其面积要比圆形更大,并且它的装置朝下,没有任何阻挠,所以散热效果要比底板更好。

  实验证明,关于小于30W的吸顶灯选用一般的印制板就可以很好地散热,并且为了运用自在流转的空气。在印制板的双面把热量带走,所以也不需求把铝基板或印制板通过导热胶紧贴底板来散热,反而要把印制板垫高脱离底板5mm,以便空气流转。

  5. 底板上多打一些通风孔会对散热有很大的长处。这些通风孔应当打在外圈,避免被阻挠。但也或许带来小虫钻入的或许性。

  采纳以上办法今后,LED吸顶灯并不需求很重的鳍片式散热器也可以满意散热的要求。可以说LED吸顶灯是仅有不需求特制的铝散热器的LED灯具。

  一般吸顶灯一般选用电子镇流器,或许称为高频变压器。可是市面上的电子镇流器的质量都比较差。例如,作者就测验了一款一般吸顶灯装置了飞利浦的32W环形灯管。实测的成果如下:Pin=16W,PF=0.62。所以它只用到环形灯管50%的功率,并且功率因数也很差。作者也测验了一个9W节能灯的参数,测得Pin=8.4W,PF=0.563

  二者的功率因数都不能满意0.7的要求,但依然在市面上许多流转。关于LED吸顶灯的电源可以分为非阻隔式和阻隔式两大类:

  5.1 非阻隔恒流源,由于LED吸顶灯不像球泡灯那样简略被用户用手触摸到,并且由于不需求触摸式导热,它的内部结构很简略把铝基板或印制板和金属底板绝缘起来,所以选用非阻隔电源是可以很简略通过CE、UL等安全认证。再加上它的装置一般是由专业的电工来装置,也减小了用户触电的风险。

  ,不然由于它的负温度系数,而会使电流急剧上升导致结温升高,寿数缩短。恒流源分为线性和开关式两种。线性恒流源的长处是不会发生电磁搅扰(EMI),简略,本钱低。它的缺陷是功率比较低。

  LED。最简略的办法便是把恒流二极管直接和LED串联。可是咱们在用于LED驱动时有必要留意挑选恰当的电流和耐压。

  由于恒流二极管需求必定的电压Vk才可以进入恒流,所以太低的电源电压是无法作业的。一般这个Vk大约在5-10V左右。最高电压由于恒流二极管有必要能吸收掉电源电压的改动,关于相同的百分比,220V就要比110V的改动规模大一倍。例如关于+10%~-20%的改动规模,关于220V就意味着22+44=66V的改动规模,通过桥式整流今后这个改动还会加大1.2倍,变成79.2V。而关于110V电源,相同的改动规模只适当于39.6V的改动规模。电压越低,就意味着功耗越小,功率越高。所以可以说恒流二极管更适用于110V市电的国家。

  由于恒流二极管的功耗受到约束,所以过大的电流也是不适宜的。例如1W的LED一般需求350mA,恒流二极管就很难供给。即便可以供给,它的功耗也过大而使全体功率大为下降。

  恒流二极管最适用的运用场合便是沟通市电供电的LED灯具,选用许多小功率LED串联,也便是高压小电流的状况是最为适宜。

  图5便是一种用于吸顶灯的恒流二极管驱动源。其负载是80颗3022串联,总功率为16W。所用的恒流二极管也是恒流在60mA。假设手头的恒流二极管只要30mA的,就需求2串并联。

  在这里,恒流二极管的效果便是要在输入市电电压改动时,坚持输出电流不变,当然也可以消除由于LED负温度系数所引起的电流增大。可是由于恒流二极管的耐压有必定的约束,所以它所能吸收的电源电压改动也是有限的。就拿100V耐压的CRD来说,它的作业电压规模还要减去它的最小作业电压10V,可用的电压规模也就只要90V。用在220V市电电源里, 假设市电改动+10%,~-20%,就适当于整流后为290~211V,电压改动79V,在其耐压规模内。假设所用的LED为80颗,假设正向电压为3.3V,那么总电压为264V,正好适当于220V通过桥式整流今后的值。这时分恒流二极管上没有压降,可是这时分它是不能作业的而至少需求10V压降,也便是要求整流后电压为274V,市电电压为228VAC。那时分恒流二极管压降为最小,功耗也最小,只要0.03Ax10V=0.3W,全体功率为最高可达96%(当然还要考虑整流器的功率,实践上还会低一些)。假设市电增高至242VAC,那么恒流二极管电压就增高为26.4V,其功耗也添加到0.79W,这时分功率就等于91%。

  假设市电电压低于228V,是不是恒流二极管就不作业呢?并不是,但确实是不恒流了,这时分它和LED就会抵达一个新的平衡点,那便是二者的电压和等于市电电压通过整流后的电压。由于LED伏安特性的非线性,所以很难用公式来表明。总归,当市电电压下降时,LED中的电流就会随市电电压的下降而下降。其亮度也会跟着变暗。可是这时分恒流二极管的压降不大所以并不耗费许多功率。所以功率仍是很高的。

  前面假定了LED的正向压降为3.3V,实践上即便其额定为3.3V,在开机一段时刻今后,由于结温的升高,正向压降就会下降至3.1V乃至3.0V。

  它是选用24串7并的3014型LED,总功率16.8W。右下角的蓝色印制板是红外遥控接收器。

  最近美国Supertex公司推出了新款高压降压芯片HV9861A以替代HV9910B.它选用了均值取样然后进步了恒流精度至+/-3%。它的电路图如图9所示。

  一切这些非阻隔式电源由于在LED负载上会触摸到市电,所以有严厉的安规查验,虽然选用杰出的绝缘可以满意安规的要求,可是欧盟IEC 61347-2-13 (5/2006)规范规定在LED负载端电压不行超越25VAC或35VDC。所以选用非阻隔电源是无法出口欧盟的。

  美国凌特公司宣告了一个用于LED恒流驱动的IC(LT3799),它可以驱动4-100W的LED,并且自身带PFC,外置功率MOSFET开关管,反激阻隔式而不需求光耦合器,外置元件减到最少,并且还可以用于可控硅调光。

  这个市电恒流源由于功率大,并且可以习惯4-100W的宽功率规模(这是吸顶灯的功率规模),所以必定是选用外置MOS开关管,并且也由于功率大,所以要求选用功率因数校对(PFC)。关于不同的功率,除了要挑选不同的MOS管外,还要求挑选不同巨细的变压器。变压器加大了整个恒流源的体积和分量,下降了功率。可是这是为阻隔市电所必需的。

  现在全世界许多闻名的LED恒流驱动芯片公司都花了很大的力气开宣布了许多可以和各种可控硅调光的所谓Triac合作以进行调光的芯片。可是这也是一种适当可悲而又可笑的事。由于可控硅是上世纪六十年代的产品,自身是一种适当陈旧而落后的器材。它确实可以用来和白炽灯合作进行调光,可是它在调光的进程中会损坏正弦波的波形因而引起体系的功率因数下降,并且还会在线路上发生很大的搅扰信号。在白炽灯调光时由于白炽灯的亮度仅仅由电源电压的有效值决议,所以可以跟着可控硅的导通角调光,并且关于可控硅来说,白炽灯是一个抱负的纯阻负载,也不会对它的作业有什么影响。

  可是换成LED今后就发生了一系列的问题,首先带整流器的LED是一个容性负载,对可控硅有很大影响,在低负载时就会不稳定触发,除非并联一个电阻。但会进一步下降体系的功率(添加1-2W功耗)。为了使得LED也能合作可控硅调光就有必要把带整流器的整套恒流电源体系的功率因数进步到看上去挨近纯阻负载。所以许多公司开宣布有源功率因数校对芯片。使得LED整个体系的功率因数抵达0.9以上。不少人误以为选用功率因数校对今后,连同可控硅在内的整个体系的功率因数都可以抵达0.9以上。这彻底是误解了, 即便是纯阻负载接上可控硅今后功率要素也会随调光而下降。

  下面是可控硅调光进程中,带功率因数校对(达0.96)的LED球泡灯的整套体系(包含可控硅在内)的功率因数的改动(顺便也有白炽灯的数据以供比较)。

  全世界的各种可控硅调光器多达几十种,上百种。许多LED灯为了和这些可控硅兼容,不知道做了多少实验和改善,但最终仍是吃力不讨好。由于国外的人工很贵,所以也可以以为这是不得已的做法,可是在我国彻底可以采纳另一些更先进的做法。

  LED是一个二极管,它可以完成快速开关。它的开关速度可以高达微秒以上。是任何发光器材所无法比拟的。因而,只要把电源改成开关恒流源,用改动脉冲宽度的办法,就可以改动其亮度。这种办法称为脉宽调制(PWM)调光法。图15表明这种脉宽调制的波形。假设脉冲的周期为tpwm,脉冲宽度为ton,那么其作业比D(或称为孔度比)便是ton/tpwm。改动恒流源脉冲的作业比就可以改动LED的亮度。

  2.可以有极高的调光精确度。由于脉冲波形彻底可以操控到很高的精度,所以很简略完成万分之一的精度。

  3.可以和数字操控技能相结合来进行操控。由于任何数字信号都可以很简略改换成为一个PWM信号。

  4. 即便在很大规模内调光,也不会发生闪耀现象。由于不会改动恒流源的作业条件(升压比或降压比),更不或许发生过热等问题。

  所以,它需求三根线和灯具衔接。假设还要开关灯具,就可以选用带开关电位器,不过这样一来一共需求有5根线衔接到灯具。假设要运用本来墙上开关,就要再添加三根线,这是它的首要缺陷。它的长处是可以用一个操控器来操控5-10个灯具。

  为了运用现有的墙上开关和墙内的两根线,台湾有一家公司推出了一种称之为EZ-Dimming的GM6182的四段开关调光不失为一种好计划。它只运用墙上的一般电灯开关就能完成4段调光,第一次开为全亮,第2次快速开关为60%亮度,第三次快速开关为40%亮度,第四次快速开关为20%亮度。这种体系的长处是可以运用一般的墙上开关完成调光。并且其功率要素高达0.92以上。没有发生搅扰信号之虑。缺陷是无法接连调光。还有操作费事一些。它实践上可以和恒流源规划在一起(图18)。

  一个LED灯具最重要的功能目标便是它的全体光效。所谓全体光效便是输出光通量(以流明表明)和输入电功率之比,单位是每瓦流明数lm/W。

  为了测验LED吸顶灯的目标,咱们一般把它放进大型的积分球中,以便丈量它所宣布的悉数光通量。并对它所宣布的光谱进行剖析。

  现在就拿图7所示的红外遥控LED吸顶灯为例,测验它的功能目标。这是一个选用168颗3014LED的红外遥控吸顶灯。

  总流明数1383lm,输入沟通功率=16.57W,所以全体光效=83.46 lm/W需求阐明的是其间包含了两项功率,一个红外接收器的功率,另一个是恒流电源的功率。而恒流电源的功率,独自测验的成果是89.5%(图8)。红外接收器的功耗为0.5W左右,所以实践的输入功率应该是16W。假设不必红外遥控器时,它的全体光效应该是86.43lm/W。假设再考虑电源的功率,用在LED上的电功率只要14.32W。

  这样算下来可以得到96.5lm/W。这应该是LED自身的发光功率。假设改用发光功率为120lm/W的LED,那么它的全体光效就可以抵达107lm/W,即便加上红外接收器的功耗,全体光效也可以超越100lm/W。

  2. 色温:6171K,这彻底是由所用的LED决议的,假设用户要求低色温,就可以改用低色温的LED。

  3. 显色指数:Ra=76.2,这个指数相对较低。可是实践上现在所用的显色指数是在15种单色光上的显色指数加以均匀的成果,它并不能彻底代表它的显色才能。因而照明信息委员会(CIE)不引荐用CRI来测定白光LED的显色才能。

  4. 假设加上光罩今后,它的全体光效当然会随之下降。并且会下降适当多。因而选用高透光率的光罩是很重要的事。可是透光率过高,也会运用户可以看到其间的光珠,这也是不期望的是。尤其是假设选用1W的大功率LED,就愈加显着,所用选用小功率的LED(例如3014),答应用透光率高的光罩,这也是很重要的。

  在推行LED灯具中遇到最大的问题便是价格问题。最杰出的便是在选用LED球泡灯来替代白炽灯时,二者的价格会相差20-50倍之多,一般白炽灯的零售价大约在1-2元人民币,并且和瓦数根本无关,而一个相同流明数的LED球泡灯的价钱就大约要50元到100元。例如可以替代60瓦白炽灯的LED球泡灯至少要10W以上,它的价钱大约为100元以上。可是,在LED吸顶灯中,状况就彻底不同了。遍及型的LED吸顶灯的价格可以做到和中档的一般吸顶灯的价格适当。

  各个国家的生活习惯有所不同,对吸顶灯的需求也有所不同。一般来说,美国简直彻底不必吸顶灯,美国的住宅从来没有在房间中心装置灯具,许多灯具都是一种立式的大型灯具,选用插销插到墙角的插座上,有一个墙上开关来开关一个专门的墙上插座。而在洗手间则彻底靠镜上灯来照明。所以可以以为吸顶灯在美国是没有商场的。而日本则和我国差不多,许多人家都选用吸顶灯。他们也称为天花灯。欧洲则比较喜爱富丽的吸顶灯,仅仅厨房和厕所会选用遍及式的吸顶灯。

  选用LED吸顶灯来替代一般荧光灯式吸顶灯可以大大节约电能,然后削减二氧化碳的排放。一般来说,每节约1度电可以削减0.272公斤二氧化碳。从实测的成果可知,一个8W的LED吸顶灯大约可以替代16W的一般荧光灯式吸顶灯,所以可以节电8W。假定均匀每天开灯3小时,那么每年可以节电8.76度电,适当于减排2.38公斤二氧化碳。假定2012年可以出产800万只LED吸顶灯,那么一共可以节电7亿度电,(适当于三峡水电站一年所发的电量847亿度电的82%)。削减了19万吨二氧化碳的排放!

  据美国国家大气和海洋管理局(NOAA)最新陈述,大气中二氧化碳均匀浓度已由工业革命前的280ppm(ppm:百万分之一)左右升高到了2010年的389ppm。而我国在1992年的排放量约占全球的11%,2008年则占全球的23%,位居世界第一。2010年全球二氧化碳排放量大幅添加,下v史新高。2010年全球二氧化碳排放量为335亿吨,比上年添加18.8亿吨,约5.9%。我国2010年二氧化碳的排放量约为75亿吨。我国在德班气候大会上许诺计划在2015年的碳排放要比2010年削减15%。假设要在2015年削减15%,便是11.25亿吨。假设到2015我国可以选用8000万只LED吸顶灯,就可以削减19万吨二氧化碳的排放,占许诺总数的8.4%。这是一个极为可观的数字!