全面剖析LED射燈燈具（一）

LED技術(shù)的快速發(fā)展，光效的不斷提升，LED射燈技術(shù)也在快速發(fā)展。目前的LED射燈幾乎是以替代傳統(tǒng)鹵鎢燈為主。相比傳統(tǒng)燈具，LED射燈在節(jié)能及長壽命方面具有顯著的優(yōu)勢。隨著LED射燈成本的降低，LED射燈的應(yīng)用也逐步開始普及?！?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/全面剖析">全面剖析LED射燈燈具》分為上下兩集，上集筆者先從LED射燈的技術(shù)要求，常見的規(guī)格類型及結(jié)構(gòu)給大家講起。

(一)LED射燈技術(shù)要求

現(xiàn)階段的LED射燈，主要以替代傳統(tǒng)鹵鎢燈為主，相關(guān)的安全要求大多參考傳統(tǒng)照明要求，并根據(jù)LED燈的特點(diǎn)，形成了一套安全認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。目前，在LED射燈的認(rèn)證方面，國際上主要以歐洲CE和北美UL認(rèn)證為主，在中國可進(jìn)行自愿性認(rèn)證(CQC)。

在CE認(rèn)證里包含LVD和EMC兩個(gè)方面，其中LVD是按照EN60968標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行(將升級 IEC 62560);EMC按照EN55015、EN61547、EN61000-3-2和EN61000-3-3標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。此外，LED燈通常還需要額外參照IEC 62471，進(jìn)行光生物安全方面測試。在北美，通常需要進(jìn)行UL安全和FCC電磁兼容認(rèn)證。UL執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為UL1993、UL8750和UL1310;FCC執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為FCC PART15 Subpart B。在中國，對于LED射燈是采用自愿性認(rèn)證(CQC)，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為GB24906-2010(安全)和GB 17743-2007(電磁兼容)。

另外，在LED射燈的性能方面，也有諸多標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。美國有能源之星(ENERGY STAR)有相關(guān)要求;中國有節(jié)能認(rèn)證要求，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為CQC 3129-2010。這些要求中，均對LED射燈的色溫、顯色指數(shù)、初始光通量、光效、光通維持率、壽命、中心光強(qiáng)、標(biāo)稱功率、功率因數(shù)、產(chǎn)品標(biāo)識等進(jìn)行了規(guī)定。

推算公式

許多電子產(chǎn)品的壽命是以壞掉來評判，但LED是一種壽命很長的光源，可使用很久都不會壞。但光通量的輸出卻會隨著時(shí)間而衰減，因此行業(yè)內(nèi)通常用光衰至70%所需的時(shí)間來定義LED光源的壽命，即L70。隨著技術(shù)的進(jìn)步，LED的光衰越來越緩慢，要完整測試其光衰至70%的時(shí)間也難以做到。由于電子產(chǎn)品的壽命呈指數(shù)規(guī)律，因此LED通常做較短時(shí)間的老化，通過采樣光衰數(shù)據(jù)，然后以指數(shù)函數(shù)來推算其光衰至70%的時(shí)間，推算公式如上圖所示。

LED射燈規(guī)格及類型

● 常見LED射燈規(guī)格及類型

通常對LED老化6000小時(shí)測試光通維持率LM(Lumen Maintains)，按照指數(shù)規(guī)律，若6000小時(shí)后LM>91.8%，便可宣稱25,000小時(shí)的壽命，若LM>94.1%可宣稱35,000小時(shí)的壽命，但壽命推算的時(shí)間不超過測試時(shí)間的6倍。

圖1：光衰指數(shù)曲線

圖2：LED射燈極坐標(biāo)光強(qiáng)分布曲線

LED射燈的角度，一般以50%峰值光強(qiáng)的光束角來定義。如圖2是一個(gè)LED射燈的極坐標(biāo)光強(qiáng)分布曲線，可以看出，50%光強(qiáng)對應(yīng)的角度分別為±20°左右，因此這個(gè)射燈的角度為40°。

(二)常見LED射燈的規(guī)格及類型

圖3：不同燈頭(從左至右為E14、E17、E26、E27、GU10、GU5.3)

現(xiàn)階段的LED射燈主要以替代傳統(tǒng)鹵鎢燈為主，因此外形尺寸是參照IEC 60630標(biāo)準(zhǔn)，燈頭參照IEC 60061-1標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)傳統(tǒng)射燈情況，目前的LED射燈主要有MR16、PAR16、PAR20、PAR30、PAR38這幾種。其中MR16通常采用GU5.3燈頭;PAR16主要采用GU10、E26(美洲)/E27(歐洲及中國)、E14燈頭;PAR20/PA30/PAR38主要采用E26、E27燈頭。

LED射燈結(jié)構(gòu)簡析

(三)常見LED射燈的結(jié)構(gòu)簡析

目前的LED射燈均為自鎮(zhèn)流式，即LED驅(qū)動電源全部內(nèi)置在燈體內(nèi)部，直接接電即可使用。

圖4：LED射燈(PAR16-GU10)拆解圖

如圖4的射燈拆解圖可以看到，目前的LED射燈主要光學(xué)器件(透鏡、反光杯)、LED光源、散熱器、驅(qū)動電源、燈頭這幾部分組成。但各廠家的LED射燈，由于采用的材料、工藝、LED封裝方式不同，使得射燈在設(shè)計(jì)和加工上會有一些差別。

1. LED光源及光學(xué)器件

目前的LED射燈主要采用多顆大功率LED及集成封裝LED制作，如圖5所示。

圖5：第一張為多顆大功率LED(第二、三張為集成封裝LED射燈)

采用多顆大功率LED的方式，通常需要一個(gè)電路板將LED做電氣連接。該電路板大多使用鋁基板制作(MCPCB);對于一些設(shè)計(jì)也有采用玻纖板(FR-4)制作，但需要專門設(shè)計(jì)散熱焊盤。然后用螺絲或膠粘的方式固定在燈殼散熱器上。多顆大功率LED制作的射燈，透鏡通常是采用對每顆LED進(jìn)行獨(dú)立配光的，再組合成一個(gè)光斑透鏡。

采用集成封裝LED制作的射燈，不需要電路板，可以直接將驅(qū)動電源輸出線連接到LED燈上。同樣是采用螺絲或膠粘的方式固定在燈殼散熱器上。該種射燈的二次光學(xué)，通常采用一個(gè)透鏡或反光杯的方式進(jìn)行配光，透鏡和反光杯的高度都較高，小角度的配光有難度。

此外，對于大出光面得射燈，大多采用多個(gè)光學(xué)器件組合的方式完成整個(gè)燈具的二次配光設(shè)計(jì)，如圖6所示。

圖6：多個(gè)光學(xué)器件組合的射燈

2. LED驅(qū)動電源

目前的LED射燈大多為內(nèi)置電源的自鎮(zhèn)流式射燈。內(nèi)置LED驅(qū)動主要采用開關(guān)電源實(shí)現(xiàn)，分隔離式和非隔離式。隔離電源的初級和次級形成了電氣隔離，在射燈設(shè)計(jì)時(shí)，只需要將電源初級與外殼或其它人體可接觸部分做好充分的防觸電即可，而次級通常為安全電壓，可做簡單防護(hù)即可。這類電源相對安全可靠，但要求放置空間大，其轉(zhuǎn)換效率也較低。非隔離電源由于初次級之間未做電氣隔離，需在結(jié)構(gòu)上做更嚴(yán)格的防護(hù)隔離，但該類電源效率高，體積小。

圖7：電源灌膠射燈

除開關(guān)電源外，還有多種其它LED驅(qū)動方式，但其安全性和可靠性都較低，需要在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上多做努力，以滿足相關(guān)安全要求。此外，由于電源內(nèi)置，通常元器件溫度都很高，將直接影響到LED射燈的使用壽命和穩(wěn)定性。因此很多廠家都采用灌膠的方式，改善電源的散熱能力，并提高電源與散熱外殼的絕緣性，如果7所示。

由于LED的可控制性，因此各廠家都有開發(fā)可調(diào)光的的LED射燈?，F(xiàn)有的主要調(diào)光方式有可控硅調(diào)光、PWM調(diào)光、0-10V調(diào)光、DALI調(diào)光、DMX51調(diào)光、電力載波調(diào)光等，都是通過控制LED的驅(qū)動電流或電壓的方式，改變LED的亮度。

3. 燈殼散熱器

燈殼散熱器是考量各廠商設(shè)計(jì)能力的主要地方。大多數(shù)廠家的散熱器都是采用鋁材質(zhì)，加工工藝有機(jī)加工及模具成型等方式。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，各廠家為了加大射燈的散熱能力，通常采用翅片的方式，如圖8所示。

圖8：帶翅片的LED射燈散熱器(左)　鑲件注塑散熱器(右)

另外，燈殼部分也有用導(dǎo)熱塑膠或陶瓷材料制作的，均采用模具成型的方式。這兩種材料具有良好的絕緣性能，可使產(chǎn)品具有高的電氣安全性能，便于內(nèi)部LED驅(qū)動的安全隔離。但這兩種材料的導(dǎo)熱系數(shù)較低，不利于熱傳導(dǎo)，對于對熱傳導(dǎo)要求不高的室內(nèi)產(chǎn)品可以使用。此外塑膠材料還有重量輕的特點(diǎn)，可以使LED射燈的重量得到大幅度的減輕。