LED吸頂燈及其電源（二）
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燈罩通常采用PC板，其性能如下：
（1）透光性：P C板透光率最高可達89%，可與玻璃相妣美。UV涂層板在太陽光下爆曬不會產(chǎn)生黃變，霧化，透光不佳，十年后透光流失僅為6%，PVC流失率則高達15%—20%，玻璃纖維為12%-20%。
（2）抗撞擊：PC板撞擊強度是普通玻璃的250-300倍，同等厚度亞克力板的30倍，是鋼化玻璃的2-20倍，用3kg錘以下兩米墜下也無裂痕，有“不碎玻璃”和“響鋼”的美稱。
?。?）防紫外線：PC板一面鍍有抗紫外線（UV）涂層，另一面具有抗冷凝處理，集抗紫外線、隔熱防滴露功能于一身。可阻擋紫外線穿過，及適合保護貴重藝術(shù)品及展品，使其不受紫外線破壞。
（4）重量輕：比重僅為玻璃的一半，節(jié)省運輸、搬卸、安裝以及支撐框架的成本。
?。?）阻燃：國家標(biāo)準(zhǔn)GB50222—95確認(rèn)，PC板為難燃一級，即B1級。PC板自身燃點是580攝氏度，離火后自熄，燃燒時不會產(chǎn)生有毒氣體，不會助長火勢的蔓延。
?。?）可彎曲性：可依設(shè)計圖在工地現(xiàn)場采用冷彎方式，安裝成拱形，半圓形頂和窗形。最小彎曲半徑為采用板厚度的175倍，亦可熱彎。
?。?）溫度適應(yīng)性：PC板在-100℃時不發(fā)生冷脆，在135℃時不軟化，在惡劣的環(huán)境中其力學(xué)，機械性能等均無明顯變化。
?。?）耐候性： PC板可以在－40℃至120℃范圍保持各項物理指標(biāo)的穩(wěn)定性。人工氣候老化試驗4000小時，黃變度為2，透光率降低值僅0.6％。
采用小功率的LED燈珠，排列分散一些，可以有助于散熱。
吸頂燈在結(jié)構(gòu)上的特點也是有利于散熱的。
1.內(nèi)部空氣無阻擋自由流通。這是吸頂燈相比于其他燈具最大的優(yōu)點。密閉而不流通的空氣是一種絕熱性能很好的絕熱體，反過來，能夠自由流通的空氣卻是最好的散熱體。世界上所有的發(fā)熱物體最后都是把熱量散發(fā)到空氣中去的。因為吸頂燈的底板有很多小孔，所以在吸頂燈的燈罩里，LED燈珠所產(chǎn)生的熱量可以通過空氣立刻傳遞到外邊去。
2.燈罩能夠很好散熱。我們知道對流和輻射散熱主要和面積及材料有關(guān)，而塑料的輻射散熱的效果是很好的，而且燈罩的厚度很薄，所以塑料的導(dǎo)熱不好的影響可以忽略。這可以從圖4中加以說明。
圖4. 較薄的厚度減小了導(dǎo)熱系數(shù)的作用
吸頂燈的泡殼厚度只有1-2mm。所以雖然它的導(dǎo)熱系數(shù)只在0.1-1W/mk，但還是能夠很快地把熱量從一邊傳到另一邊。
而且塑料的輻射能力是很強的，見下表：
材料 | 鋁 | 銅 | 黑色塑料 |
拋光未氧化 | 0.02-0.1 | 0.06 | 0.8-0.9 |
粗加工輕微氧化 | 0.3-0.4 | 0.5 | |
嚴(yán)重氧化 | 0.4-0.45 | 0.8 |
所以泡殼可以很好地輻射散熱。
因為在吸頂燈的內(nèi)部空氣的流通很好，很容易把熱量帶到泡殼上。所以燈罩起了主要的散熱作用。
1.面積大：根據(jù)圓形的面積計算公式：S=πr2，或S=π(d/2) 2，對于一個直徑為45cm的圓形吸頂燈，它的底板面積就是1590cm2。因為吸頂燈通常安裝在室內(nèi)，沒有過高室溫，所以可以采用40cm2/W的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，那樣也可以散去40W的功率。但是由于底板靠近天花板，不易散熱，所以底板的實際散熱效果會差很多。
而燈罩因為是曲面形，其面積要比圓形更大，而且它的安裝朝下，沒有任何阻擋，所以散熱效果要比底板更好。
2.關(guān)鍵的問題是要把安裝LED燈珠的鋁基板或印制板的銅箔面積做得足夠大。
實驗證明，對于小于30W的吸頂燈采用普通的印制板就可以很好地散熱，而且為了利用自由流通的空氣。在印制板的兩面把熱量帶走，所以也不需要把鋁基板或印制板通過導(dǎo)熱膠緊貼底板來散熱，反而要把印制板墊高離開底板5mm，以便空氣流通。
3.底板上多打一些通風(fēng)孔會對散熱有很大的好處。這些通風(fēng)孔應(yīng)當(dāng)打在外圈，以免被阻擋。但也可能帶來小蟲鉆入的可能性。
采取以上措施以后，LED吸頂燈并不需要很重的鰭片式散熱器也可以滿足散熱的要求?？梢哉fLED吸頂燈是唯一不需要特制的鋁散熱器的LED燈具。
一．LED吸頂燈的電源
現(xiàn)在讓我們先來看一下普通吸頂燈的電源。
普通吸頂燈通常采用電子鎮(zhèn)流器，或者稱為高頻變壓器。但是市面上的電子鎮(zhèn)流器的質(zhì)量都比較差。例如，作者就測試了一款普通吸頂燈安裝了飛利浦的32W環(huán)形燈管。實測的結(jié)果如下：Pin=16W，PF=0.62。所以它只用到環(huán)形燈管50%的功率，而且功率因數(shù)也很差。作者也測試了一個9W節(jié)能燈的參數(shù)，測得Pin=8.4W，PF=0.563
二者的功率因數(shù)都不能滿足>0.7的要求，但仍然在市面上大量流通。
對于LED吸頂燈的電源可以分為非隔離式和隔離式兩大類：
5.1 非隔離恒流源，由于LED吸頂燈不像球泡燈那樣容易被用戶用手觸摸到，而且由于不需要接觸式導(dǎo)熱，它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)很容易把鋁基板或印制板和金屬底板絕緣起來，所以采用非隔離電源是可以很容易通過CE、UL等安全認(rèn)證。再加上它的安裝通常是由專業(yè)的電工來安裝，也減小了用戶觸電的危險。
我們知道LED必須采用恒流源來驅(qū)動，否則由于它的負(fù)溫度系數(shù)，而會使電流急劇上升導(dǎo)致結(jié)溫升高，壽命縮短。恒流源分為線性和開關(guān)式兩種。線性恒流源的優(yōu)點是不會產(chǎn)生電磁干擾（EMI），簡單，成本低。它的缺點是效率比較低。
1.采用恒流二極管的非隔離恒流源
恒流二極管是一種線性恒流源，它的恒流作用可以用來驅(qū)動LED。最簡單的方法就是把恒流二極管直接和LED串聯(lián)。但是我們在用于LED驅(qū)動時必須注意選擇恰當(dāng)?shù)碾娏骱湍蛪骸?/P>
?最低電壓
由于恒流二極管需要一定的電壓Vk才能夠進入恒流，所以太低的電源電壓是無法工作的。通常這個Vk大約在5-10V左右。
?最高電壓
由于恒流二極管必須能吸收掉電源電壓的變化，對于同樣的百分比，220V就要比110V的變化范圍大一倍。例如對于+10%~-20%的變化范圍，對于220V就意味著22+44=66V的變化范圍，經(jīng)過橋式整流以后這個變化還會加大1.2倍，變成79.2V。而對于110V電源，同樣的變化范圍只相當(dāng)于39.6V的變化范圍。電壓越低，就意味著功耗越小，效率越高。所以可以說恒流二極管更適用于110V市電的國家。
?最大電流
由于恒流二極管的功耗受到限制，所以過大的電流也是不合適的。例如1W的LED通常需要350mA，恒流二極管就很難提供。即使能夠提供，它的功耗也過大而使整體效率大為降低。
?恒流二極管最適用的使用場合就是交流市電供電的LED燈具，采用很多小功率LED串聯(lián)，也就是高壓小電流的情況是最為合適。
圖4就是一種用于吸頂燈的恒流二極管驅(qū)動源。其負(fù)載是80顆3022串聯(lián)，總功率為16W。所用的恒流二極管也是恒流在60mA。假如手頭的恒流二極管只有30mA的，就需要2串并聯(lián)。
在這里，恒流二極管的作用就是要在輸入市電電壓變化時，保持輸出電流不變，當(dāng)然也可以消除由于LED負(fù)溫度系數(shù)所引起的電流增大。但是由于恒流二極管的耐壓有一定的限制，所以它所能吸收的電源電壓變化也是有限的。就拿100V耐壓的CRD來說，它的工作電壓范圍還要減去它的最小工作電壓10V，可用的電壓范圍也就只有90V。用在220V市電電源里， 如果市電變化+10%，~-20%，就相當(dāng)于整流后為290~211V，電壓變化79V，在其耐壓范圍內(nèi)。假如所用的LED為80顆，如果正向電壓為3.3V，那么總電壓為264V，正好相當(dāng)于220V經(jīng)過橋式整流以后的值。這時候恒流二極管上沒有壓降，但是這時候它是不能工作的而至少需要10V壓降，也就是要求整流后電壓為274V，市電電壓為228VAC。那時候恒流二極管壓降為最小，功耗也最小，只有0.03Ax10V=0.3W，整體效率為最高可達96%（當(dāng)然還要考慮整流器的效率，實際上還會低一些）。如果市電增高至242VAC，那么恒流二極管電壓就增高為26.4V，其功耗也增加到0.79W，這時候效率就等于91%。
如果市電電壓低于228V，是不是恒流二極管就不工作呢？并不是，但的確是不恒流了，這時候它和LED就會達到一個新的平衡點，那就是二者的電壓和等于市電電壓經(jīng)過整流后的電壓。因為LED伏安特性的非線性，所以很難用公式來表示。總之，當(dāng)市電電壓降低時，LED中的電流就會隨市電電壓的降低而降低。其亮度也會跟著變暗。但是這時候恒流二極管的壓降不大所以并不消耗很多功率。所以效率還是很高的。
前面假定了LED的正向壓降為3.3V，實際上即使其額定為3.3V，在開機一段時間以后，由于結(jié)溫的升高，正向壓降就會降低至3.1V甚至3.0V。
一個采用恒流二極管的8W電源的實測結(jié)果如下表所示：
Vin V | Pin W | VCRD V | VLED V | ILED mA | 效率 η |
240 | 8.5 | 68.1 | 250.5 | 25.6 | 75.44% |
235 | 8.3 | 58.2 | 252 | 25.7 | 78.03% |
230 | 8.2 | 50.7 | 253.7 | 26.2 | 81.06% |
225 | 8.3 | 43.3 | 252.7 | 27.1 | 82.51% |
220 | 8 | 39.3 | 255 | 27.5 | 87.66% |
215 | 8 | 26.6 | 255.6 | 27.8 | 88.82% |
210 | 7.9 | 20.5 | 255 | 27.8 | 89.73% |
205 | 7.7 | 17.8 | 251.4 | 27.7 | 90.44% |
200 | 7.2 | 13.9 | 250.8 | 27.5 | 95.79% |
195 | 6.4 | 4.2 | 250 | 25.2 | 98.44% |
190 | 5.8 | 4.2 | 243.9 | 23.7 | 99.66% |
有表中可見，采用恒流二極管以后其最高效率的確可以做到非常高。是一種值得選用的電源。為了在220V得到最高的效率，看來應(yīng)該串聯(lián)90個以上的LED。
各種恒流二極管的參數(shù)如下表所示：
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