業(yè)內(nèi)人士都知道,LED日光燈將成為新一代節(jié)能環(huán)保照明燈,但是現(xiàn)在全國每年頂多生產(chǎn)幾十萬支LED日光燈,而且大部分是出口,國內(nèi)使用寥寥無幾,其實(shí)最主要的問題是價(jià)格問題,一個(gè)普通的節(jié)能熒光燈管十幾元錢就搞定了,而一根LED日光燈管得上百塊。所以目前的日光燈管主要是以商業(yè)照明為主。因?yàn)樯虡I(yè)照明更多的會(huì)考慮到節(jié)能、環(huán)保、形象、政府方面支持等。
但現(xiàn)在LED日光燈產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊,有的連熒光燈的壽命都比不上,中看不中用,隨著用戶對(duì)LED日光燈產(chǎn)品認(rèn)識(shí)越來越深,LED日光燈廠家還需要解決以下幾個(gè)問題:
第一、驅(qū)動(dòng)電源的恒流驅(qū)動(dòng)問題。目前大部分恒流源大都是總恒流(也就是多個(gè)并聯(lián)燈串共用一個(gè)恒流源,因?yàn)長(zhǎng)ED燈珠之間阻值的差異性,所以每串燈的電流大小不同,任何一顆LED燈出現(xiàn)故障,都會(huì)影響其它燈串的電流,這樣電流大的那些燈串光衰更嚴(yán)重,其使用壽命也會(huì)大大減短。)
第二、散熱問題。這是LED日光燈管的使用壽命的核心問題之一。因目前各廠家大都跟風(fēng)采用內(nèi)置電源,以直接可以更換到熒光燈管支架上,這樣您的整個(gè)電源所散發(fā)的熱量和LED本身散發(fā)的熱量都在一個(gè)鋁外殼上散熱,并且都在日光燈管內(nèi),這樣的熱量怎么處理?
第三、電源模塊中電解電容使用壽命問題?就算我們采用超長(zhǎng)壽命電解電容,在高溫的情況下工作,它的壽命也無法與LED的壽命相平衡。但怎樣來提供良好的工作溫度,以達(dá)到最理想的使用壽命?
第四、電源模塊的不穩(wěn)定性和產(chǎn)品安全性認(rèn)證能否通過的問題?目前市場(chǎng)上大部分廠家采用的是高壓的非隔離方案,和高壓反擊式天關(guān)電源方案,因?yàn)閮?nèi)置體積十分有限(要放進(jìn)燈管內(nèi)),所以一般在設(shè)計(jì)時(shí),很難把電源做到穩(wěn)定。并且目前各個(gè)國家對(duì)安全認(rèn)證方面都比較嚴(yán)格,對(duì)于高電壓的電源供電的安全認(rèn)證方面比較難通過。
其實(shí)以上問題最要主要的根源還是在內(nèi)置電源所產(chǎn)生的!
下面是一些專業(yè)人講述的內(nèi)置電源和外置電源設(shè)計(jì)的日光燈管的性能方面進(jìn)行比較:
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。
?。╞)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:
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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,利用隨機(jī)源來調(diào)制振蕩頻率,這樣可以擴(kuò)展音頻能量譜,擴(kuò)展后的能量譜可以有效減小帶內(nèi)電磁干擾,降低系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)難度;可用線性及PWM調(diào)光,支持上百個(gè)0.06W LED的驅(qū)動(dòng)應(yīng)用,工作頻率25KHz-300KHz,可通過外部電阻來設(shè)定。
非隔離恒流源的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、指標(biāo)高,它的輸出電流可以按LED串并聯(lián)的個(gè)數(shù)決定。但是大多數(shù)情況下,它的輸出電流不能太大,輸出電壓也不能太高。例如264個(gè)小功率LED連接成22個(gè)串聯(lián),12串并聯(lián),每串20mA,一共240mA.體積也可以做得很小,通常是做成長(zhǎng)條形的,以便放進(jìn)T10或T8的管子里。假如每串的電流是30mA,12并就是360mA.在有些非隔離的電源中就無法實(shí)現(xiàn),為了保持總電流240mA不變,就只能改成8串并聯(lián)。但假如LED的總數(shù)不變,就要求串聯(lián)的數(shù)目增加到33個(gè)。這時(shí)候總電壓就會(huì)增加到108.9V.但是通常這種非隔離恒流源的允許的最高輸出電壓是80V.只能維持原來的22串,這樣LED的總數(shù)就只能是176顆,即使采用30mA,其總流明數(shù)有可能不能滿足要求。
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通常其效率大約在88-90%之間,功率因素大約在0.88-0.92之間。
然而這種非隔離電源也有一些局限性,因?yàn)榉歉綦x的電源會(huì)把交流電源的高壓引入到負(fù)載端,從而引起觸電的危險(xiǎn)。通常LED和鋁散熱器之間的絕緣也就靠鋁基板的印制板的薄膜絕緣。雖然這個(gè)絕緣層可以耐2000V高壓,但有時(shí)螺絲孔的毛刺會(huì)產(chǎn)生所謂的爬電現(xiàn)象,使得難以通過CE論證。
2.隔離式恒流電源:隔離式是指在輸入端和輸出端有隔離變壓器隔離,這種變壓器可能是工頻也可能是高頻的。但都能把輸入和輸出隔離起來??梢员苊庥|電的危險(xiǎn)。這種隔離式的日光燈電源原理圖如圖3所示。
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這種隔離式LED日光燈電源外形照片如下圖所示,
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一般來說,由于加入了變壓器,所以隔離式電源的效率會(huì)有所降低,通常大約在88%左右。而且變壓器的體積也比較大。放進(jìn)T10燈管還可以,但是放進(jìn)T8的燈管就比較緊張。
3、內(nèi)置式電源的優(yōu)點(diǎn)和代價(jià)
內(nèi)置式電源的最大優(yōu)點(diǎn)就是能夠直接替換現(xiàn)有采用電感鎮(zhèn)流器的熒光燈,而不需要拆去任何東西。現(xiàn)有熒光燈的電源分兩種,如圖5所示:
(b)電子鎮(zhèn)流器
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我們知道,最普通的熒光燈的起輝是采用一個(gè)串聯(lián)的鐵芯電感和一個(gè)并聯(lián)的起輝器(圖5a)。
在直接替換時(shí),只要拔掉起輝器就可以了。但是由于鐵芯電感仍然串聯(lián)在電路中,所以它仍然帶來將近6.4-10W的損耗,結(jié)果使得這部分的額外損耗大大降低了LED的節(jié)電功效。例如,本來一個(gè)18W的LED日光燈可以取代一個(gè)36W的熒光燈,不論采用上述非隔離式還是隔離式的電源,其效率至少為88%以上,那么其輸入功率為20.45W,現(xiàn)在還要加上這個(gè)額外的6.4W,使得輸入功率變成26.85W,其總效率也就降低為67%,如果采用某些國產(chǎn)的鐵芯電感,其功耗高達(dá)10W,輸入功率就要變成30.45W,使得總效率只有59%.這就使LED的節(jié)電效能大打折扣。不僅如此,由于電源內(nèi)置,電源的熱量也就加入到管內(nèi),假定電源的效率為88%,所以就有2.45W的熱量也要散去,假定LED本身的發(fā)光效率為30%,也就是有70%的電功率變成熱量,相當(dāng)于12.6W的電功率變成熱量,現(xiàn)在還要再加上內(nèi)置電源的2.45W的熱量,相當(dāng)于增加了20%的熱量。使得LED的散熱又增加的一份困難,或者說,使得LED的使用壽命也更加縮短。其實(shí)所增加的這部分熱量還不至于縮短太多的壽命(20%左右),然而把電源放倒管子里面,電源本身就要承受由LED產(chǎn)生的很高的環(huán)境溫度,這就大大降低了電解電容的壽命,也就降低了整個(gè)燈具的壽命。另外真正帶來的問題是使得散熱器的結(jié)構(gòu)不能最佳化。這個(gè)問題才是更為嚴(yán)重的問題,會(huì)使LED壽命降低數(shù)倍之多。這將在以后做詳細(xì)的解釋。
假如原來采用的是電子鎮(zhèn)流器(圖5b),那么直接替換所產(chǎn)生的問題就更麻煩了。因?yàn)檫@時(shí)候加在日光燈兩端的是一個(gè)高頻高壓。必須先用整流器變成直流高壓,再用降壓恒流源去驅(qū)動(dòng)LED.這時(shí)候的效率將變成前面電子鎮(zhèn)流器的效率和后面的降壓恒流源效率的乘積,就可能連70%都不到。
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