LED照明灯的应用技术

LED照明灯的应用技术摘要：目前世界的能源紧张，寻找并解决未来世界的能源问题成为头等大事。自高亮度白光LED问世后，便以发光效率高节电效果好，能耗低，安全低热量，无污染，寿命长经济性优等特点，在照明应用上受到重视。用它来取代传统照明灯的研发工作不断地进行着，取得了一些成果。LED照明灯使用寿命在8-10万小时左右，且在相同亮度的情况下，LED灯的耗电是白炽灯的1/8，是日光管灯的1/3。因此可以预言：LED必将得到全球广泛的关注以及推广应用。关键词：LED节能寿命长环保低热量1．引言LED(LightEmittingDiode)，发光二极管，是一种可以直接把电转化为光的半导体器件,依靠材料中的正负极电荷复合来发光。LED的内在特征决定了它是最理想的代替传统的光源，有着广泛的用途。2．LED性能特性：2.1节能安全LED使用低压电源，一般LED的工作电压是2-3.6V，工作电流是0.02-0.03A，电的耗电量不超过0.1W。是一种比使用高压电源用电更安全的电器。目前广泛的使用在各种公共场所的指示电器上。2.2高亮度、低热量可达传统灯泡亮度，耗电量是普通灯泡的30%左右，甚至比HID或白炽灯更少的热辐射。2.3适用性强、体积小LED基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面，所以它非常的小。适用于各种环境。2.4使用寿命长在恰当的电流和电压下，LED的使用寿命可达10万小时。2.5性能稳定能正常工作8-10万小时2.6响应时间短普通灯的响应时间为毫秒，而LED灯的响应时间为纳米级。2.7环保LED是由无毒的材料作成，热量辐射很少，且可以回收再利用。2.8坚固耐用，抗震性好比传统灯具有更强的抗震性能，更能适应和满足各种场合的安装需求。LED是被完全的封装在环氧树脂里面，灯体内没有松动的部分，这使得LED不易损坏。2.9光束集中2.10发热量很小对灯具材料的耐热性要求很高2.11可控性强可以实现各种颜色的变化。3.LED晶片的分类3.1按发光亮度分：A、一般亮度：R?pH?pG?pY?pE等B、高亮度：VG?pVY?pSR等C、超高亮度：UG?pUY?pUR?pUYS?pURF?pUE等D、不可见光(红外线)：R?pSIR?pVIR?pHIRE、红外线接收管：PTF、光电管：PD3.2按特殊种类分：A、红外线灯(不可见光)B、红外线接收管C、光电管3.3LED晶片在生产和使用中需注意的问题LED的功率从0.005W到1W甚至在3W到4.5W以上。因此LED工作需要满足两个条件:A.正向电压V1≤3.4V。B.正向电流I≥20mA.一般为20mA到1A。LED在生产或使用中还要注意静电的防护。4．LED的用途4.1采用白光LED作小型LCD彩屏的背光照明来取代冷阴极荧光灯(CCFT)。由于驱动白光LED有电路简单、无须正负电源、且效率高、尺寸小的特点，在便携式电子产品中获得极其广泛的应用。白光LED作背光源的应用除用于手机、游戏机、PDA、MP4、数码相机等小彩屏电子产品，目前已应用到屏幕尺寸更大的DVD、GPS及15英寸笔记本电脑中。它已成为LED最大用户之一，占LED年产量的30%左右。4.2采用白光LED作小型数码相机的闪光灯来取代传统的氙灯。驱动LED闪光灯的电路无须高压电源，也没有较长的时间充电的缺点，可获得更多的抓拍机会，并使电池使用时间更长。4.3采用太阳能电池、蓄电池及白光LED组成的真正绿色照明系统。我国的太阳能电池生产量很大，2006年已达到370MW，太阳能组件的生产能力已大于1000MW。这对利用太阳能点亮白光LED灯创造了极为良好的条件。目前我国已能生产成套适合牧区人民应用的白光LED照明系统。在一些城市也采用太阳能电池、蓄电池及光控电路组成LED路灯，能自动地天黑点亮，天亮关断。利用太阳能转化成电能来替代火力发电是最理想的，但大规模地应用太阳能电能是一个大的系统工程。虽然我国已能生产大量的太阳能电池，但可惜的是95%用于出口，留在国内应用仅5%，目前利用太阳能点亮LED灯还在起步阶段。4.4采用白光LED灯取代白炽灯采用白光LED来取代白炽灯的研发工作起步不晚，在2004年后不少单位采用Φ5高亮度白光LED开发出小功率LED灯泡(15W)、15～20W的管灯及40～60W的路灯、投射灯等产品，但并未量产。在我国南方一些工厂生产出各种1～5WLED灯泡及一些白光LED灯具，但大部分都出口。目前成批生产的替代白炽灯的有：矿灯、各种手电筒、应急灯、小瓦数阅读灯及照明灯等。另外，有一些城市用LED路灯作试点工作，但尚未普及。用白光LED灯取代白炽灯达到使火电厂减少二氧化碳、二氧化硫排放及节电的意义是十分重大的。北大宽禁带半导体研究中心张国义教授说：“如果全国居民用的电灯能有50%改用LED照明灯，每年节省的电量就是一个三峡发电站发电量的总和。”从目前来看，用白光LED灯取代白炽灯还刚开始，在LED的用户中占很小的比例，不足LED年产量的3%。随着半导体光电材料及工艺技术的进步及大功率白光LED的封装结构的改进，使得这两三年内白光LED的发光效率有长足的进步。1～5W的白光LED从以前的发光效率为30～40lm/W提高到50～60lm/W，最近又提高到80lm/W。有一些顶级的发光效率可达100lm/W以上。例如，Cree公司的一种4W冷白光LED，其光通量分挡，在350mA电流时其最高挡可达107～114lm(其功率为0.35A×3.3V=1.15W，其发光效率为93～99lm/W)，典型的发光效率是80lm/W，而发展的目标是200lm/W。在发光效率上白光LED不仅远远地超过白炽灯，也超过普通荧光灯、紧凑型荧光灯(节能荧光灯)，这意味着：白光LED灯比它们更亮、更节电；而在寿命上则遥遥领先。大功率白光LED的发光效率的提高给设计白光LED灯创造了条件，目前逐步用1～3W大功率白光LED来取代小功率Φ5白光LED设计LED灯。用1个到几个(或十几个)LED替代了几十个到几百个小功率Φ5白光LED，不仅增加了亮度、减小了体积，还提高了可靠性、简化了工艺。例如，采用18个1W的白光LED组成的小型路灯可发出1440lm光通量，若采用白炽灯则需要100W。另外，用一个65lm的1W白光LED做成的强光手电筒，它可照射几十米远；若采用Φ5LED来做则是不可能做到的。5.LED存在的问题上面已介绍了白光LED的特点及性能的提高，并开发出应用于各种场合的白光LED灯，但LED灯难进百姓家。主要原因是白光LED照明灯的发光效率还不太高，并且价格太贵。以家庭常用的白炽灯、节能荧光灯与相同亮度的白光LED灯的价格比较目前1W白光LED的单价是8～10元，3W的单价是20～25元(与LED的质量及品牌有关)，另外还要驱动电路及结构件。再考虑生产厂家的利润及商业利润，则单价可能要120元以上。9W节能荧光灯的发光效率与LED差别不大，但单价要比同样功率的白光LED灯价格低十几倍以上。节能荧光灯的上市到普遍应用也有近二十年时间(这有质量上的提高及价格下降的过程)，白光LED灯的普及可能要比节能荧光灯快些(Φ5高亮度白光LED上市时单价大于1.5元，现在批量单价已降低到0.125～0.15元)。6．路在何方白光LED照明灯的推广及普及的意义十分重大，但真的要在我国进入百姓家还有很多工作要做，要在技术上(发光效率达到120～150lm/W)、价格上(要比现在的价格降低8～10倍)有重大的突破。白光LED照明灯的推广及普及工作是一项系统工程、重大项目，需要国家的规划、引导及扶持，在政策上及经济上的支持。我国现在在上海、南昌、大连、厦门已建立四大半导体照明基地及有关科研单位，他们将对LED灯的推广工作起到重大作用。目前还是有很多领域可以大量地应用LED照明灯。这些领域的应用可促进大功率白光LED的生产、可促进技术的提高，并可降低生产成本。在LED照明设计、应用上也可获得更多的经验，有利于将来的推广。这些应用领域都是用电大户，对节电能起到很大作用。它们是:A.城镇街道的路灯系统(包括太阳能路灯系统)；B.隧道及地下停车场(包括地下商场)；C.交通工具的照明(汽车、电车、轮船、飞机等的内部及部分外部照明灯)；D.大的公共场所的LED照明系统，例如火车站、地铁站、飞机场、大型超市、大型百货公司、大厦及医院等；E.无电区的LED灯照明工程。由于LED照明灯一般采用低压直流(恒流)供电。若采用交流220V市电供电，需要专门的变电装置输出低压直流电(如12V、24V等)并由LED驱动器来驱动LED灯，如下图所示。所以最好在新建这些建筑时就考虑到用LED灯，则在建筑设计中都把它设计在内，这要经济得多。而归建筑原用日光灯的照明系统要改造成LED照明，则费用大、时间长(如改造一个地铁站或一个候机大厅的照明系统),没有政策的支持及经济的扶持是难以成功的。7.总结通过上面的叙述，我们可以总结得出LED具有电路简单高效、功能多样、性能稳定、节能的优点，有着广泛的应用前途。