LED日光灯基础知识精讲

LED概述LED是一种由半导体材料制成的组件，是一种新型的用微弱的电能就能发光的高效固体光源。LED主要特点是：寿命长、能耗低、显色度高、易维护、体积小、直流电驱动、驱动电压低、点亮速度快、无频闪、眩光少、耐震性强、发热少、防爆（无高气压元件）等特性，是近年来全球最具发展前景的高新技术领域之一。LED常规参数和含义光通量：发光体每秒种所发出的光亮之总和，单位-流明（LM）。光强：一般来讲，光线都是向不同方向发射的，并且强度各异，可见光在某一特定方向内所发射的强度称为光强，单位-坎德拉（cd）照度：照度是光通量与被照面的比值，单位-勒克斯Lux（Lux）。1Lux的照度为1LM的光通量均匀分布在面积为一平方米的区域。光衰：LED光衰是指LED经过一段时间的点亮后,其光强会比原来的光强要低,而低了的部分就是LED的光衰。频闪：电光源光通量随交流电压周期变化而变化称为频闪，研究表明，频闪是引起近视和偏头痛的主要原因。发光效率：代表光源将所消耗的电能转换成光的效率，单位-流明每瓦（LM/W）显色指数：是光源显色性的定量描述，表示符号为Ra。光源对物体颜色呈现的程度称为显色性，也就是颜色逼真的程度，显色性高的光源对物体再显较好，我们所看到的颜色也较接近自然原色；显色性低的光源对颜色的再现性差，我们看到的颜色偏差也较大。国际照明委员会CIE把太阳的显色指数定为Ra=100，各类光源的显色指数各不相同。显色性是照明设计上非常重要的参数，直接影响被照物品灯光下颜色真实的效果。平均寿命：指一批LED灯50%的数量损坏时的小时数，单位-小时（H）可参照此图理解各专业术语冷白、正白、暖白的区别暖白在3000K色温值左右，正白在6000K左右，冷白在6500K以上（如下图）LED日光灯灯管结构概述LED灯管由灯管外壳、堵头、灯珠、线路板、电源组成，每个件都可以折除，其中任何一个部件坏了，都可以维修或更换，LED灯具的所以材质都可以回收再利用，是一种较为环保的照明产品。LED灯管是第四代新型冷光源，主要使命是为了代替现有的荧光灯，因此，其结构尺寸和现在的荧光灯是一致的，常用的灯管依据灯管的直径来标称，如T5、T8、T9、T10等，而T是tube的简写，意指管状灯具，就是普通的日光灯管，每个T就是1/8inch（英寸）T8灯管也就是灯管直径为一英寸的灯管。常用灯管的长度有0.6m、0.9m、1.2m、1.5m等。LED日光灯主要结构驱动电源灯板PC+散热铝外壳堵头LED灯管常用驱动电源的分类与特点一般的LED只能采用直流电驱动，不能在LED两端施加交变电流或电压。同时，为了获得高质量的照明效果，使LED输出稳定、长寿命的光通量，LED的输入电流需恒定。但现有供电系统通常采用120V或220V的交流电。由于LED不能直接用交流供电,因此,要使LED能正常、稳定的工作,则必须在前面加一个AC-DC的转换电源,目前广泛应用于LED灯管的转换电源分为：1.非隔离式恒流电源：非隔离是指在负载端和输入端有直接连接，因此触摸负载就有触电的危险，因为非隔离的电源会把交流电源的高压引入到负载端，从而引起触电的危险。通常LED和铝散热器之间的绝缘也就靠铝基板的印制板的薄膜绝缘。虽然这个绝缘层可以耐2000V高压，但有时螺丝孔的毛刺会产生所谓的爬电现象，因此，在安全上存在巨大隐患。2.隔离式恒流电源：隔离式是指在输入端和输出端有隔离变压器隔离，这种变压器可能是工频也可能是高频的。但都能把输入和输出隔离起来。可以避免触电的危险。由于隔离式开关电源在电气安全上占有绝对的优势，因此，在LED照明领域得到广泛的应用，但是由于隔离式开关电源比非隔离电源多加了一个变压器，而且变压器的体积也比较大，因此，LED灯管内置隔离电源受到成本和空间的制约。LED灯管常用驱动电源的分类与特点1.非隔离式恒流电源：LED灯管常用驱动电源的分类与特点2.隔离式恒流电源：LED日光灯灯板的材质与特点LED日光灯常用的灯板为：1.玻纤板(FR4)2.铝基板1.玻纤板(FR4)•玻纤板是采用玻璃纤维布制成的,玻纤布基板的机械性能、尺寸稳定性、冲击性、耐湿性都比较高。•其电气性能优良，工作温度较高，本身性能受环境影响小。•相对于铝基板来说,其成本要比铝基板低,但在散热方面却远不如铝基板.•我们下一张看下玻纤板的图片：玻纤板(FR4)2.铝基板•铝基板是一种独特的金属基覆铜板，具有高散热、低热阻、寿命长、耐电压等优点。它具有良好的导热性、导热系数在1.2左右•我们下一张看下铝基板的图片：铝基板铝基板LED灯管结构设计的发展一、全塑灯管早期的LED灯管采用的都是PC管，主要是因为早期的LED灯管驱动电源采用的是非隔离电源，为了防止驱动电源通过外壳漏电而用PC管，采用的灯珠是Φ5DIP草帽灯珠，很快便发现了这种灯管的光衰很严重，主要是散热问题，热量全部堵在管内无法散出去，再加上草帽灯珠的寿命本来就短，灯管的使用就有了局限。所以，目前市场上基本上都采用贴片灯珠作为光源。LED灯管结构设计的发展二、PC+散热铝在全PC灯管的散热问题被发现后，研发工程师们针对这一现象对灯管的结构重先设计，而以PC+散热铝+铝基板组成的LED铝塑管因其具有散热性能好、光线分布均匀、不易变形等特点而成为目前市场上主流产品。（目前全PC管已经渐渐淡出市场）PC+散热铝PC罩散热铝散热铝扩散罩效果图（透光率≥85%）透明罩效果图（透光率≥94%）LED灯管贴片灯珠类型•市场上LED日光灯管贴片灯珠目前主要采用3528贴片灯珠，5050贴片灯珠，3014贴片灯珠等几种型号。贴片3528包装LED灯管堵头LED灯的特点一、高效节能一千小时仅耗几度电（普通60W白炽灯十七小时耗1度电，普通10W节能灯1百小时耗1度电），低压驱动，超低功耗（单管0.05W）.光效高，比普通照明灯具节能60%-80%.二、超长寿命半导体芯片发光，无灯丝、无玻璃泡、不怕震动、不易破碎、使用寿命3万到5万小时（普通的白炽灯使用仅有一千小时，普通节能灯使用寿命也只有八千小时）相当于不间断照明3年时间。三、健康光线健康光线中不含紫外线和红外线，不产生辐射（普通灯光线中含有紫外线和红外线）四、保护视力由恒流源驱动，无频闪现象。LED灯的特点五、安全系数高所需电压、电流较小、发热较小，不会产生安全隐患。六、绿色环保不含汞和铅等有害元素，不会对环境产生污染。七、响应时间快LED一般可在几十毫秒（ns）内响应，因此是一种高速器件，这也是其他光源望尘莫及的。八、易于调光、调色、可控性大：LED作为一种发光器件，可以通过流过电流的变化控制亮度，也可通过不同波长LED的配置实现色彩的变化与调节。影响LED灯具品质的几大因素一、散热LED灯管的热量累计不仅影响LED的电气性能，还可能最终导致LED失效。因此，为了保证LED灯的寿命，散热成为白光LED应用的一个关键技术，减少或者迅速耗散LED产生的热量成为白光LED在应用设计方面的首要问题。二、光源材质LED属于点状光源，如果使用较差的LED，那么LED在工作过程中会放出大量的热量,使管芯结温迅速上升,LED功率越高,发热效应越大.LED芯片温度的升高将导致发光器件性能的变化与电光转换效率衰减,严重时甚至失效。三、驱动电源LED电源的质量直接制约了LED产品的可靠性，因此，国际市场上国外客户对LED驱动电源的效率转换、有效功率、恒流精度、电源寿命、电磁兼容的要求都非常高，因为电源在整个灯具中的作用就好比像人的心脏一样重要。影响LED灯具品质的几大因素四、驱动电流LED在其电流极限参数范围内流过LED的电流越大，它的发光亮度就越高.即LED的亮度与它的工作电流成正比.但如果流过LED的电流超出极限参数范围,LED就会出现饱和,不仅使发光效率大幅降低,而且使用寿命也会缩短灯具主要电性参数输入电压：即LED灯具正常工作所需要的电压值，根据不同的国家有着不同的输入电压值，我们通常指的民用全电压就是AC85~264V。输入功率：输入功率是指各类用电器件的输入电压和输入电流的乘积，即电源或电网给各类用电器件提供电能的功率。单位—瓦特（W）Pi（输入功率）=Vin（输入电压）*Ii（输入电流）功率因数：又称为功率因子，英文缩写PF(PowerFactor),是有功功率与视在功率的比值。功率因数在一定程度上反映了电能得以利用的比例，是合理用电的重要指标。灯具主要电性参数恒流精度：恒流精度意指当驱动电源的输入电压在一定范围内变化时，输出电流波动值与额定输出电流之比，通常用百分数来表示.如某LED驱动电源额定输出电流0.45A,当输入电压在AC80~264V变化时，测得输出电流在0.43-0.45之间变化,那么恒流精度=(0.45-0.43)÷0.45≈0.045=4.5%.恒流精度越高,则LED工作越稳定,反之,则会出现频闪现象，更为严重的还会导致LED失效。电磁兼容：电磁兼容（EMC）是指设备或系统在所处的电磁环境中能正常工作并且不对该环境中任何其他事物构成不能承受的电磁骚扰的能力（如导致收音机无法正常播放、导致电视画面出现杂迅等现象）。常见的LED电性能参数一、LED的正向压降：不同产家的LED在额定的正向电流条件下，有着各自不同的正向压降值。黄色：1.8V~2.5V之间绿色和蓝色：2.7V~4.0V之间白光:一般在2.7V~3.5V之间二、LED的额定电流：LED的额定功率各不相同,普通的LED电流一般为20mA,大功率的LED电流在40mA或350mA不等。三、LED的功率：而LED功率的大少也各不相同,有0.06W、0.5W、1W、2W、5W等，所以必须根据所选择的LED，设计合理的使用电路和配置合适的灯珠数量，使其完全满足LED电源的额定值，如果设计的电路使每个LED分担的电压或电流过高，就会严重的缩短LED灯珠的使用寿命甚至烧毁LED灯珠，如果分担的电压或电流过低，测激发的LED光强不够，就不能充分发挥LED应有的效果，达不到我们期望的目的。由已知电源功率计算灯珠数量例：一额定输出功率为18W的电源，在使用额定正向电流20mA，耗散功率0.07W的LED,可以配置多少个LED?解：已知电源额定功率为18W，LED耗散功率为0.07W,则得出可配置的灯珠数量为18÷0.07≈256颗（取整数），在实际使用中，为了延长LED的使用寿命及考虑到LED的可靠性，因此需要降额使用，即降低LED的工作电流（一般在17~18mA之间），而降低了LED的工作电流，则LED的耗散功率就必然会减少。耗散功率P=VF（LED正向压降）XIF（LED额定电流）那么，实际上可以配置的LED数量如下：VF=P÷IF=0.07W÷0.02A=3.5V取LED实际工作电流为18mA则：实际耗散功P=VFXIF=3.5VX0.018A=0.063W灯珠数量为18W÷0.063W=285颗(取整数)