白光LED的分析及教室白光LED照明燈具選擇

侯金夢(mèng) 閆麗飛 張朋朋 程志超

摘 要 中國(guó)人口基數(shù)大，資源相對(duì)短缺，因此發(fā)展節(jié)約型社會(huì)是一項(xiàng)具有重要意義的事情。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)生活水平的不斷提高，人們學(xué)習(xí)，工作的空間和場(chǎng)所也隨之變大，照明裝置的種類(lèi)，數(shù)量，規(guī)模也增大。一般來(lái)說(shuō)，學(xué)校、商場(chǎng)等公共場(chǎng)所需要大量的照明裝置，這樣如何選擇一些比較節(jié)能的照明裝置就顯得很有價(jià)值了。

關(guān)鍵詞 LED 照明燈具 選擇

中圖分類(lèi)號(hào)：TS956 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 白光LED的特性分析

1.1 LED伏安特性

白光LED的核心為PN結(jié)，則LED的伏安特性和通常的二極管伏安特性是一樣的。理論上的伏安關(guān)系式為： = （），為L(zhǎng)ED正向電流，為反向飽和電流，是正向電壓，電子電荷 = 1.6 ？1019，波爾茲曼常數(shù) = 1.38 ？1023，為熱力學(xué)溫度，常數(shù)約為2，當(dāng)外加電壓較高的時(shí)候，約為1。 在室溫下（ = 300K）， / 約為26mV，在正向電壓大于零點(diǎn)幾伏，遠(yuǎn)大于1，理論上伏安關(guān)系式可化為：≈。此式表明白光LED的電流與電壓呈指數(shù)關(guān)系，而指數(shù)關(guān)系不適合表述其等效模型。一般用工作在額定電流附近的LED折線模型來(lái)近似模擬LED的特性，近似式為： = + ，為L(zhǎng)ED的導(dǎo)通電壓，是等效內(nèi)阻，一般大功率LED的導(dǎo)通電壓為3～3.7V，當(dāng)白光LED兩端的電壓比導(dǎo)通電壓小時(shí)，基本上沒(méi)有電流流過(guò)LED。而當(dāng)外加正向電壓增大到導(dǎo)通電壓時(shí)，一般認(rèn)為正向電流與正向電壓成指數(shù)關(guān)系。當(dāng)正向電流急劇變化時(shí)，正向電壓的變化是很小的；相反，當(dāng)正向電壓變化很小時(shí)，有可能使正向電流發(fā)生急劇變化，這時(shí)電流與電壓呈近似的線性關(guān)系 。

1.2 LED熱特性

具有高的發(fā)光效率是白光LED的最大的優(yōu)點(diǎn)，但每次升級(jí)LED發(fā)光效率時(shí)將大大增加它的發(fā)熱量。發(fā)熱量過(guò)大，并會(huì)大大降低LED的壽命，因此如何減少熱量的產(chǎn)生和LED散熱是目前研究的熱點(diǎn)，也是一個(gè)難以解決的問(wèn)題。大功率LED約80%的功率轉(zhuǎn)換成熱能，PN結(jié)溫升高會(huì)導(dǎo)致芯片的光產(chǎn)生紅移，色溫下降，溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致光衰加劇，并且呈指數(shù)下降。

2 白光LED的基本參數(shù)

白光LED除發(fā)白光外，其電氣特性和基本參數(shù)與普通二極管類(lèi)似，其基本參數(shù)有：

（1）最大正向電流：所允許加的最大正向電流。超過(guò)此值，發(fā)光二級(jí)體可損壞二極體。

（2）最大反向電壓：所允許加的最大反向電壓。超過(guò)此值，發(fā)光二極體可能被擊穿。

（3）最大允許功率：其值為L(zhǎng)ED兩端允許的正向電壓與正向電流之積的最大值。

（4）工作環(huán)境溫度：LED 可正常工作時(shí)所環(huán)境溫度范圍低于或高于此溫度范圍，將不能正常工作，效率大大降低。

3 教室白光LED照明燈具

3.1 室內(nèi)LED照明燈具特點(diǎn)

（1）體積小，LED基本上是一塊很小的晶片被封裝在環(huán)氧樹(shù)脂里面，所以它非常小，非常輕。

（2） 耗電量低，LED耗電相當(dāng)?shù)?，直流?qū)動(dòng)，超低功耗（單管0.03-0.06W），電光功率轉(zhuǎn)換接30%。一般來(lái)說(shuō)LED的工作電壓是2-3.6V，工作電流是0.02-0.03A；這就是說(shuō)，它消耗的電能不超過(guò)0.1W，相同照明效果比傳統(tǒng)光源節(jié)能近80%。

（3）使用壽命長(zhǎng)，人稱(chēng)LED光源為長(zhǎng)壽燈。它為固體冷光源，環(huán)氧樹(shù)脂封裝，燈體內(nèi)也沒(méi)有松動(dòng)的部分，不存在燈絲發(fā)光易燒、熱沉積、光衰等缺點(diǎn)，在恰當(dāng)?shù)碾娏骱碗妷合?，使用壽命可達(dá)6萬(wàn)到10萬(wàn)小時(shí)，比傳統(tǒng)光源壽命長(zhǎng)10倍以上。

（4）高亮度、低熱量，LED使用冷發(fā)光技術(shù)，發(fā)熱量比普通照明燈具低很多。

3.2 教室白光LED照明燈具的選取

3.2.1 LED燈泡

經(jīng)典的LED燈泡產(chǎn)品說(shuō)明一下：（1）帶有按鈕開(kāi)關(guān)的LED燈泡，主要產(chǎn)品是NKH開(kāi)關(guān)公司生產(chǎn)的YB/L系列，其中集成了限流電阻的HBLED最具代表性。（2）MR16/LED燈泡，其外殼采用石英玻璃，主要用于天花板、展覽柜及室內(nèi)裝飾照明。其中含紅、綠、藍(lán)LED 各三只，用12V交流電源供電，額定功率0.2W，光束角為110啊#？）大功率LED-GZ10燈泡，其中典型的LB-GZ10-PC-120V 和 LB-GZ10-PC-240V 兩款燈泡都是由單（下轉(zhuǎn)第74頁(yè)）（上接第72頁(yè)）個(gè)大功率LED構(gòu)成的光源，顏色有紅、藍(lán)、綠、黃和白等多種，其輸入電壓分別為120V/60Hz和240V/50Hz，輸入電流為12.5mA 和7.5mA，光束角為80埃飪遣捎肞C材質(zhì)，凸透鏡為PMMA材質(zhì)，工作溫度為-20～40℃。這類(lèi)大功率泡有節(jié)能、光效高、壽命長(zhǎng)、導(dǎo)熱性好、安全可靠及安裝操作方便等優(yōu)點(diǎn)。（4）大功率LED E72燈泡，其是一種有多個(gè)大功率LED構(gòu)成的光源，顏色很多，當(dāng)然包括白色，主要由于氣氛照明、照明及輔助照明，常見(jiàn)的有小夜燈、吊燈和立燈等。為了滿足需要，其燈頭還采用B22燈泡的形式，方便安裝使用。LED E72系列燈泡外殼材質(zhì)采用PC或水晶玻璃，LED的數(shù)量不等，尺度有多種，便于選擇，工作電壓為220V/110V，功率為0.5～15W。

3.2.2 LED燈管

LED燈管是一種管狀，條形結(jié)構(gòu)大功率LED照明燈具，像傳統(tǒng)的日光燈燈管，此燈具都是利用高亮度的LED作為光源。其燈頭一般為二針式，顏色齊全，LED燈管中的LED數(shù)量一般比較多，工作電壓有12V、110V、120V 和220V等，主要用于室內(nèi)照明、廣告及裝飾。由于LED燈管一般采用恒流驅(qū)動(dòng)，因此，需專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)控制器和驅(qū)動(dòng)電路將工業(yè)交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，然后為其提供恒定的工作電流。下面簡(jiǎn)要介紹一下ZYQMT系列的燈管的特性和技術(shù)參數(shù)，這類(lèi)的產(chǎn)品的有良好的特性：綠色環(huán)保、節(jié)能達(dá)60%以上、壽命在50000小時(shí)以上、低光衰，發(fā)光均勻及顯色指數(shù)高、輸入電壓范圍廣、啟動(dòng)快，無(wú)頻閃、安全可靠、完全兼容傳統(tǒng)熒光燈燈管及安裝方便等。

我們就不采用廠家提供的驅(qū)動(dòng)電路，由作者自行設(shè)計(jì)。這樣采用了外部控制電路和恒流驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)，燈管電壓、光亮、光通量及色溫都是根據(jù)實(shí)際需要可調(diào)節(jié)的。

本章的開(kāi)頭介紹了白光LED的特性、基本參數(shù)，隨后分析了室內(nèi)LED照明燈具特點(diǎn) ，最終通過(guò)綜合分析和比較選擇了教室所要用的白光LED照明燈具。