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LED日光燈商業(yè)照明解決方案

發(fā)布時間:2010年7月15日 來源:中國照明網(wǎng)技術論文·LED照明

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 業(yè)內人士都知道,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幾十萬支LED日光燈,而且大部分是出口,國內使用寥寥無幾,其實最主要的問題是價格問題,一個普通的節(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。因為商業(yè)照明更多的會考慮到節(jié)能、環(huán)保、形象、政府方面支持等。


  但現(xiàn)在LED日光燈產品質量參差不齊,有的連熒光燈的壽命都比不上,中看不中用,隨著用戶對LED日光燈產品認識越來越深,LED日光燈廠家還需要解決以下幾個問題:


  第一、驅動電源的恒流驅動問題。目前大部分恒流源大都是總恒流(也就是多個并聯(lián)燈串共用一個恒流源,因為LED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,都會影響其它燈串的電流,這樣電流大的那些燈串光衰更嚴重,其使用壽命也會大大減短。)


  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采用內置電源,以直接可以更換到熒光燈管支架上,這樣您的整個電源所散發(fā)的熱量和LED本身散發(fā)的熱量都在一個鋁外殼上散熱,并且都在日光燈管內,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,以達到最理想的使用壽命?


  第四、電源模塊的不穩(wěn)定性和產品安全性認證能否通過的問題?目前市場上大部分廠家采用的是高壓的非隔離方案,和高壓反擊式天關電源方案,因為內置體積十分有限(要放進燈管內),所以一般在設計時,很難把電源做到穩(wěn)定。并且目前各個國家對安全認證方面都比較嚴格,對于高電壓的電源供電的安全認證方面比較難通過。


  其實以上問題最要主要的根源還是在內置電源所產生的!


  下面是一些專業(yè)人講述的內置電源和外置電源設計的日光燈管的性能方面進行比較:


  LED日光燈的電源分為內置式和外置式兩種。所謂內置式就是指電源可以放在燈管內部。這種內置式的最大優(yōu)點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。所以內置式的形狀都是做成長條形,以便塞進半圓形的燈管中去。


  下面先介紹兩種內置式,非隔離型和隔離型。


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


  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)電路進行降壓和恒流控制。其電原理圖如下圖所示:

 

 

  這種非隔離式電源的主要技術特點:從18V到450V的寬電壓輸入范圍,恒流輸出;采用頻率抖動減少電磁干擾,利用隨機源來調制振蕩頻率,這樣可以擴展音頻能量譜,擴展后的能量譜可以有效減小帶內電磁干擾,降低系統(tǒng)級設計難度;可用線性及PWM調光,支持上百個0.06W LED的驅動應用,工作頻率25KHz-300KHz,可通過外部電阻來設定。


  非隔離恒流源的優(yōu)點是簡單、指標高,它的輸出電流可以按LED串并聯(lián)的個數(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個小功率LED連接成22個串聯(lián),12串并聯(lián),每串20mA,一共240mA.體積也可以做得很小,通常是做成長條形的,以便放進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。這時候總電壓就會增加到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。

 

 

  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,因為非隔離的電源會把交流電源的高壓引入到負載端,從而引起觸電的危險。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。雖然這個絕緣層可以耐2000V高壓,但有時螺絲孔的毛刺會產生所謂的爬電現(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。這種隔離式的日光燈電源原理圖如圖3所示。

 

 

 這種隔離式LED日光燈電源外形照片如下圖所示,

 

 

  一般來說,由于加入了變壓器,所以隔離式電源的效率會有所降低,通常大約在88%左右。而且變壓器的體積也比較大。放進T10燈管還可以,但是放進T8的燈管就比較緊張。
 

  3、內置式電源的優(yōu)點和代價

 

  內置式電源的最大優(yōu)點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?,F(xiàn)有熒光燈的電源分兩種,如圖5所示:

 

  (b)電子鎮(zhèn)流器

 

 

 我們知道,最普通的熒光燈的起輝是采用一個串聯(lián)的鐵芯電感和一個并聯(lián)的起輝器(圖5a)。


  在直接替換時,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18W的LED日光燈可以取代一個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%,如果采用某些國產的鐵芯電感,其功耗高達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,由于電源內置,電源的熱量也就加入到管內,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,相當于12.6W的電功率變成熱量,現(xiàn)在還要再加上內置電源的2.45W的熱量,相當于增加了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,也就降低了整個燈具的壽命。另外真正帶來的問題是使得散熱器的結構不能最佳化。這個問題才是更為嚴重的問題,會使LED壽命降低數(shù)倍之多。這將在以后做詳細的解釋。


  假如原來采用的是電子鎮(zhèn)流器(圖5b),那么直接替換所產生的問題就更麻煩了。因為這時候加在日光燈兩端的是一個高頻高壓。必須先用整流器變成直流高壓,再用降壓恒流源去驅動LED.這時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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