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LED照明灯具的主要技术

日期:2013-4-27 17:20:36   点击:


  (1)灯具系统的热量管理

   一般常称LED为冷光源,这是因为LED发光原理是电子以过复合直接发出光子,而不需要热过程。但由于焦耳热的存在,LED在发光的同时也有热量伴随,而且对于大功率和多个LED应用的场合,热量将累积,LED不同于白炽灯、荧光灯等传统照明光源,过高的温度会缩短使用寿命。因LED是温度敏感器件,当温度上升时,其效率急剧下降,所以系统结构设计及散热技术开发也是LED应用需面对的课题。由于强制空气冷却通常在光源中是不可取的,所以随着输入电功率的提高,散热片和其他增强自然对流冷却的方法可在LED灯具设计中发挥日益重要的作用。

   (2)提高显色性

   目前白光LED普遍使用蓝光LED叠加由蓝光激发的发黄光的钇铝石榴石(YAG)荧光粉,合成为白光。由于其发光光谱中仅含蓝、黄这两个波谱,所以存在色温偏高、显色指数偏低的问题,不符合普通照明要求。人眼对色差的敏感性大大高于对光强弱的敏感性,对照明而言,光源的显色性往往比发光效率更重要。所以加入适量发红光的荧光粉并能保持较高发光效率是LED白光照明中的一个重要课题。

  (3)灯具系统的二次光学设计

   传统灯具长期以白炽灯、荧光灯光源为参照物来决定灯具的光学和形状的标准,因此LED灯具设计应摒弃传统灯具加上LED发光模块的组装方式,充分考虑其光学特性,为LED光源专门设计不同的灯具。光学系统设计内容主要包括如下几个方面:

    1)根据照明对象、光通量的需求,决定光学系统的形状、LED的数目和功率的大小。

    2)将若干个LED组合设计成点光源、环形光源或面光源(二次光源),根据组合成的二次光源,计算照明光学系统。

    3)构成照明光学系统设计的“二次光源”上的每只LED的配光分布控制十分重要。

    由于LED发出的光束集中,更易于控制,且不需要反射器聚光,有利于减小灯具的深度。例如,利用平面镜光学系统,可以只用1~2个LED就可照亮很大的表面,而灯具深度很小;而利用光导技术,LED直接装于光导管旁,可大大减少光源及其他组件占用的体积,制成超薄的灯具。

    (4)电源、电路与灯具的集成

    为LED设计灯具,需要注意白炽灯和荧光灯灯具设计很少需要关注的一个问题,那就是驱动电源。大多数白炽灯直接由交流电源供电,因此不需要驱动电源。荧光灯使用镇流器来完成驱动电源的功能。但LED需要专门的驱动电源与其配套,在设计灯具的时候应考虑电源与灯具系统集成。

    (5)提高可靠性

     有人称LED光源为长寿灯,作为固体发光器件,其理论寿命在100000h以上,其使用寿命比传统光源要长,因此在一些不易更换维护的场合使用,其维护成本可大为降低。但是目前许多实际应用中却无法看到这项优点,反而给使用者看到的是光衰严重且寿命短,根本不到一万小时就损坏了,这是因为在设计中所使用的LED是电子工业界最常使用的具有指示功能 的3~5mm的LED,利用简单的电子电路加大电流来增加其发光强度,使LED只获得了短暂的高亮度,却失去了LED应有的寿命。因此在LED照明灯具设计上应使用大功率LED作为照明设备的光源。

    (6)提高光通量、降低价格

    目前单个1W的白光LED器件,光能量约为45 1m,质量好的售价要超过5美元,差一些的也要3美元。而25 1m的光通量对于普通照明而言太小了,一只普通的60W白炽灯的光通量大于700 1m,也就是说,要代替传统照明需要多个LED器件,还要加上驱动电路、灯壳、灯头等,如此高的成本是白光LED的光效为25~45 1m/W,还有待于进一步提高。

 

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