LED球泡灯解析09272011

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,LED,球泡灯解析,概述,LED,球泡灯的要求,LED,球泡灯部件,品牌,LED,球泡灯参数对比,LED PAR,灯,LED PAR,灯恒流驱动电源案例,1,概述,本文由照明设计网,(,),收集整理，共阁下参考。,LED,逐渐向室内照明进军，这也意味着开始向民用家庭进军。一方面这是一个大喜事，因为民用的市场是非常之大；另一方面也是一个极为严重的挑战，因为民用市场要求成本特别低，可靠性特别高。现在离完全满足民用市场的要求还很远，可以说还有很长的路要走。,最普通的民用灯就是白炽灯，也就是我们普通用的灯泡。所以如果,LED,要取代白炽灯泡，就要开发出一种无论在灯头形状还是外型上都和白炽灯泡类似的灯泡，这就是我们通常称为,LED,球泡灯。可以想象，球泡灯的市场是十分巨大的。,2,LED,球泡灯的要求,亮度要与白炽灯相当 。,白炽灯通常只讲瓦数而不讲流明数,.LED,球泡灯只说瓦数是不够的，一定还要看另一个参数“光通量”,也就是常说流明,(Lm),数,.,由于,LED,的光效还在不断发展，还没有具体的规定和标准。,白炽灯最常用的瓦数有,15,瓦、,30,瓦、,45,瓦、,60,瓦、,75,瓦和,100,瓦等。白炽灯的发光效率在,7.5-12lm/W,。瓦数越大效率越高。下面列出几种功率的白炽灯相对亮度（光通量）。,白炽灯,功率,W,15,30,45,60,75,100,发光效率,lm/w,7.5,8,8.5,9.5,10.5,12,光通量,(,亮度）,lm,112.5,240,382.5,570,787.5,1200,3,LED,球泡灯的要求,光通量,(,亮度）,lm,112.5,240,382.5,570,787.5,1200,白炽灯,功率,W,15,30,45,60,75,100,LED,球泡灯,A,功率,W,1.56,3.3,5.3,7.9,10.9,16.6,LED,球泡灯,B,功率,W,1.2,2.6,4.1,6.1,8.4,12.8,如果采用,LED,取代白炽灯，也可以有相应的功率。由于,LED,的发光效率在不断攀升，所以很难给出准确的数字。目前市场上通用的,LED,球泡灯,A,，其光效为,100lm/W,，高端最高光效的,LED,球泡灯,B,，其光效为,130lm/W,。就可以得出对这两种光效,LED,相应的瓦数来。但是因为,LED,需要恒流源，而恒流源有一定的效率，假定为,85%,，另外因为,LED,不可能采用透明泡壳，而只能采用乳白泡壳。其透光率大约为,85%,。二者相乘等于,0.72%,。考虑以上因素以后就可以得出和白炽灯相当的瓦数来。见下图：,由表中可见，,LED,在同样亮度时大约可以节省,10,倍的功率。有一点需要特别说明的，就是从目前,LED,球泡灯的光效和散热来说，它还不可能做到,10,瓦以上，也就是说目前还只有可以取代,60-75W,白炽灯的,LED,球泡灯。当然,PAR,灯就另当别论了。,4,LED,球泡灯的要求,外形要类似,.,通常白炽灯为梨形的,所以,LED,球泡灯也应当为梨形的。,这点是很容易做到。但是白炽灯为全玻璃制品，,LED,因为要散热就很难采用全玻璃的结构。下面会详细讨论,LED,球泡灯的结构。,体积大小要相当,.,这点基本也可以做到,重量要相当,.,因为,LED,需要恒流源和散热器，,LED,球泡灯的重量要远大于白炽灯,灯头要相同,中国过去大都是采用卡口式,改革开放以后大都改用和美国一样的螺口式，就是美国的,E26,或,E27,。,这点很容易做到的,六,.,电源要相同,.,各国的电压是有差异的，但是,LED,球泡灯一般是采用开关电源来的，所以可以做到宽电源,100-240V,5,LED,球泡灯部件,LED,球泡灯结构见下图：,这是一个,5W,的,LED,球泡灯，全长,13cm,，散热器长,5cm,，直径,4.5cm,，泡壳长,5.2cm,，直径,5.5cm,，重量,114,克。它大约可以取代,45W,的白炽灯。其结构主要包括一个是灯头，二是恒流驱动电源，三是散热器，四是,LED,灯板，五是灯泡罩。,6,二,. LED,球泡灯电源,电源基本类型：主要分隔离式和非隔离式两种，那是指负载端是否与火线,S,市电隔离。一般说，非隔离因为不需要隔离变压器，所以成本低，但要求铝基板耐压高，否则散热器就有可能带电。所以比较不容易通过安规检验。隔离式就比较安全，比较容易通过安规，但成本高。,非隔离式电源,下面是一个采用美国安森美,NCP1014,的非隔离式电源原理图：,LED,球泡灯部件,7,上图电源的基本指标如下：,其实这个电源的核心就是一个恒流二极管,NSI45025,，以确保,LED,恒流在,25mA,。所以它只能用于小功率贴片式的,LED,。其中外加的集成电路,NCP1014,实际上是一个有源式的功率因数校正（,PFC,），可以把它的功率因数提高到,0.9,以满足美国能源之星的要求。输入端的,L1,，,C1,，,C2,是一个防电磁干扰,EMI,的滤波器。它的缺点是非隔离，所以市电会直接加到负载,LED,上。,LED,球泡灯部件,8,2.,隔离式电源,下图是采用,iWatt,公司,iW3610,的反激式隔离电源电路图。,LED,球泡灯部件,9,上图电源指标如下表所示：,这个电路还可以自动检测墙上有无可控硅调光器，如果有的话就可以调光，其调光范围可以从,2%,调到,100%,。而且最后采用了,PWM,调光，调光频率高达,900Hz,，因此避免了闪烁。另外由于采用了准谐振控制使其总效率高达,85%,。它还有一个特点是采用变压器初级反馈从而取消了光耦合器件。,LED,球泡灯部件,10,三,.,球泡灯的散热器,球泡灯的,LED,通常焊接在一块铝基板（,LED,底板）上，这块铝基板再和一片圆形铝散热板固定，然后再把这块铝散热板固定到散热器外壳上去，如下图：,LED,球泡灯部件,11,散热器的材料目前大多数采用铝合金，因为成本低廉，加工容易，而且导热性好。但是最近出现了很多绝缘的塑料散热器和陶瓷散热器，其散热效果也不差。因为最后的散热主要靠对流和辐射。而对流完全由其形状和面积决定。辐射则和材料的辐射性有关。各种材料的热辐射系数如下表所示：,由表中可见，氧化处理是改进金属材料的辐射散热的重要途径。而导热塑料则不需要任何氧化处理就可以达到极高的辐射系数。因此只要其外形和金属散热器一样，那么其对流和辐射的效果是和金属散热器的效果是相同的。但是其热传导性能肯定不如金属，所以整体散热效果会差一些。但是如果把它做得尽可能薄，再加上一层金属的内壁，就可以把这个热传导低的不利因素降至最低。现在已经有导热系数大于,20 w/mk,的塑料，但是其单价比较高。陶瓷散热器的情况和塑料散热器情况一样。只是其导热系数可以做得更高，当然成本也要高很多。上图是上海龙茂微电子公司的,6W,塑料外壳球泡灯。它的散热器温度为,67,度。,LED,球泡灯部件,12,13,LED,球泡灯部件,四,. LED,球泡灯的,LED,灯,LED,的寿命,LED,的中文意思为发光二极管，是一种能够将电能转化为可见光的半导体，对于半导体而言，理论上讲，他得寿命是无限的。,10,万,-100,万小时的寿命概念源于半导体的性能。使用寿命则是指能发挥作用的寿命，一般当光衰超过,50%,，,LED,的寿命就到期了。所以一般的,LED,寿命参数是,5-10,万小时。,LED,封装,右图是市场上常见的,LED,封装,五,.,球泡灯的泡壳,所谓泡壳就是指前面透明的玻壳。在白炽灯中，全部都是由玻璃做成的外壳，但是在球泡灯中，虽然也可以用玻璃做前面的外壳，实际上也是有这样做的。但是因为,LED,球泡灯重量很重，要比白炽灯重,5,倍以上，如果用玻璃做的话，掉在地上，摔破的可能性就大多了。因此更多的,LED,球泡灯采用塑料做泡壳，以防摔坏。而且,LED,球泡灯因为热量都从散热器散出去了，所以通过泡壳的光大都是可见光，很少有发热的红外线，所以采用塑料来做泡壳也不会由于过热而损坏。,但是塑料外壳的最大问题是透光率的问题。因为,LED,存在眩光的问题，所以尽可能采用乳白色的泡壳，以免看到里面的,LED,灯珠。而乳白色的泡壳。其透光率就更成问题了。所以对于用于,LED,球泡灯泡壳的塑料有以下要求：,1.,具有高透光、高扩散、无眩光、无光影；,2.,光源隐蔽性要好（尽可能看不到,LED,灯珠）；,3.,透光率达到,90,以上；,4.,具有高阻燃性；,5.,具有高抗冲击强度；,LED,球泡灯部件,右图是一款可以实现,94%,的透光率，而且还能防眩光，无光影的球泡罩。,14,下图是其他类型的球灯罩：,LED,球泡灯部件,15,右图是市面上品牌,LED,球泡灯参数对比图：,可以注意到一个,60W,的玻壳白炽灯重量只有,28g,。要比这些,LED,球泡灯轻,5,倍左右。另外表中的发光效率不是,LED,本身的发光效率，而是指整个球泡灯的发光效率，其中包括了电源的效率和光罩的透光率。所以，要能达到,100lm/W,的整体光效还有一段路程要走。,品牌,LED,球泡灯参数对比,16,LED PAR,灯,PAR,灯实际上是飞利浦公司的一种大功率卤素灯的规格，飞利浦把它称为“氯铵灯”。但是这个名字并没有得到推广。一般称为“筒灯”或者“射灯”。而射灯主要是指那种具有,MR16,插座的灯，所以我们暂时还称它为,PAR,灯或筒灯。因为要和这种,PAR,灯兼容，所以大功率,LED PAR,灯就也采用和,PAR,灯相同的尺寸。只是结构不同，瓦数不同，亮度不同。飞利浦公司的,PAR20,、,PAR30,和,PAR38,的外形图如下左图所示。而相兼容的,LED,的,PAR,灯，其外形尺寸和他们完全相同如下右图所示：,17,采用,LED,以后，由于没有统一的规格，所以具有各种不同的性能指标，现在选择其中比较典型者和原来飞利浦卤素灯的指标比较如下表所示。,图中光强指标二者所用的单位不同，飞利浦采用,cd,（烛光），而通常,LED,则采用,lm,（流明）。二者的关系如下：,（流明）,=4I,（烛光）。但是因为二者的发射立体角不同，所以无法换算。只能大致说，卤素灯的发光效率大约为,17-33 lm/W,。而,LED,的发光效率在,100-130lm/W,。约比卤素灯高,4-6,倍。,LED PAR,灯,18,下图是美国凌特公司运用于,LED,恒流驱动的,IC,（,LT3799,），它可以驱动,4-100W,的,LED,，而且本身带,PFC,，外置功率,MOSFET,开关管，反激隔离式而不需要光耦合器，外置元件减到最少，而且还可以用于可控硅调光。,LED PAR,灯恒流驱动电源案例,19,上图是一个给,24,瓦,PAR,灯用的演示板的电路图。其主要技术指标如下：,演示版的布置图如下图所示。,这个市电恒流源因为功率大，而且可以适应,4-100W,的宽功率范围，所以一定是采用外置,MOS,开关管，而且也因为功率大，所以要求采用功率因数校正（,PFC,）。对于不同的功率，除了要选择不同的,MOS,管外，还要求选择不同大小的变压器。变压器加大了整个恒流源的体积和重量，降低了效率。但是这是为隔离市电所必需的。,LED PAR,灯恒流驱动电源案例,20,