LED日光燈 性能、電源、結(jié)構(gòu)和壽命

　　最近以來，LED日光燈成為最早進(jìn)入室內(nèi)的LED燈具之一，因?yàn)樗鄬?duì)于熒光燈來說具有很多優(yōu)點(diǎn)。

　　一.優(yōu)點(diǎn)

　　相對(duì)于熒光燈來說，LED日光燈具有10大優(yōu)點(diǎn)：

　　1．發(fā)光效率高：

　　熒光燈的發(fā)光效率大約是55-80 lm/W（Philips公司T8熒光燈的發(fā)光效率為72lm/W），而LED的發(fā)光效率在100 lm/W以上，最近Cree公司的XLampXP-G的發(fā)光效率已經(jīng)到130流明/W，而且以后還會(huì)不斷提升。二者之差現(xiàn)在已經(jīng)將近一倍。而以后有可能達(dá)到3倍以上。

　　2．燈具效率高：

　　燈具的效率主要是指有效光效，因?yàn)闊晒鉄羰?60度發(fā)光的，而在反方向發(fā)出的光就沒有什么用處。所以熒光燈通常采用一個(gè)白色的燈罩，可以把相當(dāng)一部分的反向光反射回來，一般來說，熒光燈的燈具效率大約只有70%。而LED日光燈則是120度發(fā)光的，所以全部光都是有效光。雖然有時(shí)候也會(huì)覺得120度發(fā)光角度窄了一點(diǎn)，不過大多數(shù)情況下還是夠用的。而且這個(gè)發(fā)光角度也是可以根據(jù)需要來加以調(diào)整的。

　　前面提到Philips的T8熒光燈的發(fā)光效率為72lm/W，36W的熒光燈一共發(fā)出2592流明，但是燈具效率只有70%，所以有效的流明數(shù)為1814.4流明，而LED的發(fā)光效率已經(jīng)超過130lm/W，假定為100lm/W，那么只要18W就可以達(dá)到1800流明，也就是只要熒光燈一半的功率就可以有相同的亮度。

　　而且LED的發(fā)光效率還在逐年升高。

　　3．電源效率高

　　因?yàn)樗袩艟叱谉霟粢酝舛际切枰袑ｉT的電源供電的，電源的效率也就影響了整個(gè)燈具的效率。

　　下面以Philips公司的36WT8熒光燈為例。它的額定輸出功率為36W，但是由于接入了電感鎮(zhèn)流器，實(shí)測(cè)輸入功率為42.4W，也就是鐵芯電感損耗了6.4W,效率降低為85%，大多數(shù)國(guó)產(chǎn)的鐵芯電感功耗在10W以上，功率因素低于0.512。而LED的電源效率通常高達(dá)90%，一個(gè)18W的LED日光燈只要20W的輸入功率。功率因素也可以達(dá)到0.9以上。

　　和熒光燈相比大約可以節(jié)省一半以上的電，也就是說采用一個(gè)18瓦的LED日光燈可以取代一個(gè)36瓦的熒光燈。

　　不僅如此，LED日光燈還有很多其他優(yōu)點(diǎn)：

　　4．壽命長(zhǎng)：一個(gè)仔細(xì)設(shè)計(jì)的LED日光燈的壽命可以達(dá)到5萬小時(shí)。而一個(gè)熒光燈的壽命通常只有5,000小時(shí)（有些國(guó)產(chǎn)的熒光燈壽命只有300小時(shí)）。二者相差將近10倍。最好的長(zhǎng)壽命日光燈也只有10,000小時(shí)，二者也還相差5倍。

　　5．不含汞，無污染。我們知道，熒光燈都含有汞。36mm熒光燈中含有25-45mg的汞，26mm（T8）中含有20mg的汞。而熒光燈都是采用易碎的玻璃作為外殼，一旦玻璃破碎，其中的汞就會(huì)馬上就會(huì)蒸發(fā)到空氣中，瞬間可使周圍空氣中的汞濃度達(dá)到10-20毫克/立方米，超過國(guó)家規(guī)定的1000-2000倍。而汞是一種對(duì)人體十分有害的有毒物質(zhì)，汞蒸氣達(dá)0.04至3毫克時(shí)會(huì)使人在2至3月內(nèi)慢性中毒，達(dá)1.2至8.5毫克時(shí)會(huì)誘發(fā)急性汞中毒，如若其量達(dá)到20毫克，會(huì)直接導(dǎo)致動(dòng)物死亡。而1mg的汞就足以污染5454.5公斤的飲用水，使之達(dá)不到飲用標(biāo)準(zhǔn)。而LED日光燈中不含任何有毒物質(zhì)，是一種完全綠色環(huán)保無污染光源。

　　6．色溫范圍廣，幾乎可以提供任意色溫，而且還可以提供紅綠藍(lán)以至任何一種顏色的燈光。

　　7．顯色指數(shù)高，白熾燈的顯色指數(shù)為95，熒光燈為65-80，而LED日光燈則可以>80。

　　8．沒有紫外線輻射。

　　9．非玻璃制品，不易破損，耐沖擊，耐振動(dòng)。

　　10．外置隔離電源的LED日光燈，在燈管兩端都接觸不到市電高壓，只有低于36V的直流安全電壓，不存在觸電的危險(xiǎn)，完全是一種安全的燈具。

　　二．價(jià)格

　　目前LED日光燈唯一的缺點(diǎn)就是價(jià)格高。

　　不過盡管目前LED日光燈的價(jià)格大約是熒光燈的十倍左右，如果聯(lián)系到它的壽命、節(jié)電和無污染來看，仍然是合算的。因?yàn)槿绻蛪勖鼮?,000小時(shí)的熒光燈相比，那么壽命為5萬小時(shí)的LED日光燈就已經(jīng)值得花10倍的價(jià)錢去買，而在其間所節(jié)省的電能就完全是純收益了。在日本，因?yàn)闊晒鉄艉?，所以壞掉的熒光燈還要付出和買一個(gè)新的日光燈同樣的錢作為有毒物質(zhì)處理費(fèi)。所以，在日本即使采用長(zhǎng)壽命（10,000小時(shí)）的熒光燈，所付出的錢也相當(dāng)于貴10倍的LED日光燈。

　　在一些24小時(shí)連續(xù)工作的場(chǎng)地，例如地下停車場(chǎng)、24小時(shí)加班生產(chǎn)的工廠等地方。節(jié)電也是十分重要的。如上所述，一根T8的LED日光燈大約可以節(jié)省20瓦電，一年下來就可以節(jié)省20x365x24/1000=175.2度電。假如以每度電0.7元計(jì)算，那么一年下來，可以節(jié)省電費(fèi)122.64元，兩年下來，就可以節(jié)省出這根LED日光燈的成本。以后所節(jié)省的電費(fèi)就成為純收益了。

　　所以現(xiàn)在國(guó)外有一種稱之為EMC（能源管理合同Energy Management Contract）作法。就是由一家財(cái)團(tuán)或銀行出資。替一個(gè)地下停車場(chǎng)或商場(chǎng)免費(fèi)安裝LED日光燈，但是要向業(yè)主收取所有節(jié)省下來的電費(fèi)，協(xié)議有效期可能為5年。只要2年以后，就可以回收所有投資，第三年開始，所有節(jié)省下來的電費(fèi)就變成是純收益了。這是一個(gè)十分有利的投資項(xiàng)目。國(guó)內(nèi)也開始有人這樣做了。

　　更何況按照Haitz定律，LED的價(jià)格每十年將降低十倍！

　　三．LED

　　為了得到比較均勻的發(fā)光和把熱量分散開，LED日光燈通常都是采用很多個(gè)小功率的LED燈珠串并聯(lián)而構(gòu)成。小功率LED有兩種，一種是插針式，俗稱草帽管，還有一種是貼片式。早期LED日光燈大都用草帽管，但是這種插針式LED因?yàn)闊嶙璐螅ǜ哌_(dá)450°C/W），光衰嚴(yán)重，所以現(xiàn)在已經(jīng)很少人用，而大多數(shù)采用貼片式的了。各種LED的主要指標(biāo)為發(fā)光效率，小功率LED通常直接以其發(fā)光的流明數(shù)表示，壽命（通常以在多少結(jié)溫時(shí)的壽命來表示），和熱阻Rjs。

　　幾種常用的貼片式LED的指標(biāo)如下所示：

（a） （b）
圖3. 3020（a）的散熱和3014（b）的底板散熱機(jī)構(gòu)

　　由于3020只有兩端電極焊接散熱，而3014采用了底板散熱，所以二者的熱阻相差3倍多，二者的壽命也相差兩倍多。3014 工作于30mA，所以它的發(fā)光也高達(dá)9流明。相當(dāng)于90 lm/W的發(fā)光效率。

　　在日光燈里所用的LED數(shù)目通常在200顆以上，顯然不可能全部串聯(lián)，而必須串并聯(lián)。一般來說，希望串得少的，并得多，這樣，一旦某一串中有一個(gè)LED開路，只會(huì)使這一串不亮，而這一串的電流將分?jǐn)偟绞Ｓ嗟膸茁分腥?。例如，總?shù)為200個(gè)的LED，假如連結(jié)成8串25并，每串30mA，25串的總電流750mA，有一串壞了，每一串的電流只增加了1.25mA。反過來，假如連成25串8并，每串30mA，8串總電流240mA，一串開路，30mA 就分到剩下的7路中，每路就要平均增加4.28mA。不過有的LED每個(gè)都有一個(gè)并聯(lián)的穩(wěn)壓二極管保護(hù)，即使有一個(gè)LED開路，這一串也不會(huì)都不亮，而只是這一個(gè)LED不亮而已。上述問題就不存在。

　　此外，假如串聯(lián)的LED數(shù)目少于10個(gè)，那么它所需要的電源電壓低于35V，也就低于國(guó)際安全電壓。

　　究竟串多少并多少，還和電源的可能性有關(guān)。這將在下一節(jié)中討論。

　　四．電源

　　LED日光燈的電源分為內(nèi)置式和外置式兩種。所謂內(nèi)置式就是指電源可以放在燈管內(nèi)部。這種內(nèi)置式的最大優(yōu)點(diǎn)就是可以做成直接替換現(xiàn)有的熒光燈管，而無需作任何改動(dòng)。所以內(nèi)置式的形狀都是做成長(zhǎng)條形，以便塞進(jìn)半圓形的燈管中去。
下面先介紹兩種內(nèi)置式，非隔離型和隔離型。

　　1．非隔離式恒流電源： 非隔離是指在負(fù)載端和輸入端有直接連接，因此觸摸負(fù)載就有觸電的危險(xiǎn)。

　　目前用得最多的是非隔離直接降壓型電源。也就是把交流電整流以后得到直流高壓，然后就直接用降壓（Buck）電路進(jìn)行降壓和恒流控制。其電原理圖如下圖所示：

　　圖1. 非隔離恒流源的電原理圖

　　這種非隔離式電源的主要技術(shù)特點(diǎn)：從18V到450V的寬電壓輸入范圍，恒流輸出；采用頻率抖動(dòng)減少電磁干擾，利用隨