淺談LED防爆燈綜合性能與選擇

施家瑾

摘要：港口作業(yè)區(qū)欲采購(gòu)一批罐區(qū)泵房、棧橋平臺(tái)等處高效節(jié)能的防爆LED燈具，更新替代已老化的金鹵燈、高壓鈉燈等防爆燈具。化工倉(cāng)儲(chǔ)場(chǎng)所、油品碼頭對(duì)燈具防爆防腐、照度等均有規(guī)范要求，作為采購(gòu)方的用戶根本無(wú)法接觸到LED燈具從燈珠生產(chǎn)、電源生產(chǎn)、燈板貼燈珠加工生產(chǎn)到成品組裝各環(huán)節(jié)的內(nèi)在要素，如何從琳瑯滿目的品牌型號(hào)中擇取所需且不被宣傳誤導(dǎo)迷惑是一門(mén)技術(shù)活。通過(guò)招標(biāo)文件學(xué)習(xí)解讀LED防爆燈的參數(shù)特點(diǎn)，兼聽(tīng)供應(yīng)商側(cè)面介紹，及樣品略窺一二，進(jìn)而辨析加深了解LED燈綜合性能與選擇。

關(guān)鍵詞：LED防爆燈；招標(biāo)采購(gòu)；性能；選擇

引言

LED防爆燈招標(biāo)采購(gòu)主要以公司現(xiàn)場(chǎng)常用的平臺(tái)燈、投光燈分類(lèi)報(bào)價(jià)，以30W、70W、160W為例，考慮各供應(yīng)商型號(hào)不一致，允許正負(fù)偏差響應(yīng)。

1 基本概況

根據(jù)投標(biāo)文件及樣本資料，以廠家推薦的同類(lèi)產(chǎn)品，對(duì)LED燈性能參數(shù)、相關(guān)表述及報(bào)告數(shù)據(jù)進(jìn)行分項(xiàng)整理、學(xué)習(xí)解讀。鑒于招標(biāo)內(nèi)容不完整，檢驗(yàn)報(bào)告不全，拋磚引玉謹(jǐn)供參考，亟待產(chǎn)品實(shí)踐驗(yàn)證。

2 綜合性能及選擇

2.1 光源

LED光源是由LED燈珠組成，LED芯片是LED燈珠的核心子件。大功率燈珠屬LED燈珠中的一種，其中集成燈珠是N個(gè)封裝好的成品光源焊接在基板上，COB燈珠是將N個(gè)小功率LED芯片集成在一起直接封裝到基板上。COB集成光源市場(chǎng)上別稱(chēng)集成光源，應(yīng)注意區(qū)分供應(yīng)商將集成燈珠光源也稱(chēng)為集成光源。集成光源并非都是COB集成光源。

熱流通過(guò)物體的阻力稱(chēng)熱阻，由物質(zhì)材料決定，與長(zhǎng)度、截面、材料導(dǎo)熱系數(shù)有關(guān)。系統(tǒng)熱阻分光源內(nèi)部熱阻和光源外部熱阻。封裝熱阻主要指光源內(nèi)部熱阻，與光效成反比，故低熱阻封裝技術(shù)。

封裝工藝細(xì)數(shù)不同，如燈珠支架有鋁、黃銅、紫銅且鍍銀厚薄之分，導(dǎo)電膠有銀膠或絕緣膠，焊接材料金線、銀線、合金線且線徑有粗細(xì)之分，環(huán)氧樹(shù)脂膠體有戶外加抗紫外線和防火劑等區(qū)別。

供應(yīng)商買(mǎi)芯片自己去封裝成LED光源即芯片提供商，也可直接買(mǎi)用芯片封裝成好的光源即光源制造商（如CITIZEN西鐵城）。LED芯片以美國(guó)科瑞、普瑞，德國(guó)歐司朗、日本日亞等進(jìn)口芯片領(lǐng)先。

光源選擇關(guān)注要素芯片品牌、尺寸功率、類(lèi)型、封裝技術(shù)工藝等。

2.2 光學(xué)參數(shù)

2.2.1 光通量

光通量是光源在單位時(shí)間（每秒鐘）發(fā)出可見(jiàn)光線的總和，單位lm。光通量大表明光源輸出可見(jiàn)光的總量多，與嚴(yán)格意義的亮度（視角范圍內(nèi)的光通量平均值）有區(qū)別。

相同功率總光通量并不相等。影響光通量的參數(shù)有芯片尺寸，通過(guò)芯片的電流，芯尺輻射功率，封裝材料與封裝工藝等。相同尺寸芯片，通過(guò)的電流或輻射功率越大，光通量越高，但超過(guò)額定電流提高光通量指標(biāo)，會(huì)造成PN結(jié)結(jié)溫升高，光衰加快。供應(yīng)商芯片尺寸、電流、輻射功率不盡相同，故光通量選擇反映一定封裝材料與封裝工藝，但并非最大就好。

2.2.2 光效

光效是光源發(fā)出的總光通量與該光源消耗的電功率（正常電源驅(qū)動(dòng)下電壓值和電流值乘積）的比值，單位lm/w。光效受溫度影響。COB模組光效因芯片集成優(yōu)化設(shè)計(jì)光效較高，區(qū)別燈具光效（=燈珠的光效×驅(qū)動(dòng)電源效率×燈罩透光度×整燈產(chǎn)品的功率因數(shù)）。光效高表明光源將電能轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)光能的能力強(qiáng)。選擇光效作為光源節(jié)能性的參考標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.3 光衰

光衰是指LED通電一段時(shí)間后，光通量有所下降的情況。N小時(shí)的光衰=N小時(shí)時(shí)的下降光通量/初始光通量。光衰沒(méi)有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)廠家提供的光衰曲線可見(jiàn)芯片PN結(jié)的結(jié)溫越高（由上到下增大），光衰越早，壽命越短。

PN結(jié)結(jié)溫影響光衰，而PN結(jié)結(jié)溫=芯片到散熱器的綜合熱阻（℃/W）×熱功率+散熱器溫度，散熱器溫度=環(huán)境溫度+散熱器溫升。PN結(jié)結(jié)溫與芯片材質(zhì)、封裝材料、封裝工藝熱阻、散熱等有關(guān)。選擇光衰從一定程度反映LED芯片特有屬性好壞。（注：橫坐標(biāo)使用壽命，縱坐標(biāo)光衰，曲線代表不同結(jié)溫）

2.3 配光性能

2.3.1 配光曲線

配光曲線即光源發(fā)出的光在空間中的分布情況。曲線半徑長(zhǎng)短表示發(fā)光光強(qiáng)（cd）的大小。發(fā)光強(qiáng)度是特定方向角Ω內(nèi)所發(fā)射的光通量cd=lm/Ω（立體角）。燈具功率相同，但配光設(shè)計(jì)如光源發(fā)光體的形狀，位置及反射器、透明件的形狀等不同，光的分布亮度及均勻度均不同。

2.3.2 發(fā)光角度

發(fā)光角度即發(fā)光范圍的大小，通常用50%發(fā)光強(qiáng)度時(shí)的角度表示。發(fā)光角度小，發(fā)光強(qiáng)度高，指向性高。發(fā)光角度大，視角大，具有散射性。發(fā)光角度由LED設(shè)計(jì)和生產(chǎn)決定，同一款型號(hào)可以根據(jù)不同的芯片發(fā)光角度做成實(shí)際發(fā)光角度不同的成品燈。用戶根據(jù)使用環(huán)境用途選擇聚光或散光，還應(yīng)注意為提高亮度而故意減少發(fā)光角度現(xiàn)象。

2.4 色度學(xué)參數(shù)

2.4.1 色溫

色溫是度量顏色溫度的標(biāo)準(zhǔn)。色溫越高光越偏冷，色溫越低光越偏暖。白光色>5000K。色溫選擇主要看產(chǎn)品應(yīng)用環(huán)境要求，綜合考慮穿透力。招標(biāo)問(wèn)答LED芯片熒光粉的化學(xué)組成和粉層厚度可調(diào)整，色溫降低偏黃可替代高壓鈉燈用作路燈透霧性照明。

2.4.2 顯色指數(shù)

顯色指數(shù)是定義光源顯色性評(píng)價(jià)的方法。國(guó)標(biāo)采納的顯示指數(shù)最高為100。通常認(rèn)為顯色指數(shù)高，色彩還原度越好。顯色指數(shù)和色溫沒(méi)有必然聯(lián)系。光源的顯色指數(shù)與照度（=單位面積的光通量1Lux=1lm/1m2。）決定環(huán)境的視覺(jué)清晰度。嚴(yán)格意義上顯色指數(shù)對(duì)LED的顯色評(píng)價(jià)存在與視覺(jué)評(píng)價(jià)不一致問(wèn)題。顯色指數(shù)高的LED白光在視覺(jué)顯色性并不一定較好。LED燈高顯色性設(shè)計(jì)要求，不僅考慮一般顯色指數(shù)Ra，還要同時(shí)關(guān)注特殊顯色指數(shù)。

2.5 使用壽命

使用壽命一般指光源在結(jié)溫范圍內(nèi)，輸出光通量衰減為初始70%的使用時(shí)間。光衰決定使用壽命。正確理解使用壽命，達(dá)使用壽命后LED仍有可能運(yùn)作，只是光強(qiáng)弱，且使用壽命受到許多外部環(huán)境條件如環(huán)境溫度、濕度和通風(fēng)及其他電氣設(shè)計(jì)因素影響。區(qū)別燈具的使用壽命，含LED芯片使用時(shí)間，驅(qū)動(dòng)電源的使用壽命及燈具整體部分的損壞等。

2.6 驅(qū)動(dòng)電源

2.6.1 驅(qū)動(dòng)電源的輸入、輸出方式

驅(qū)動(dòng)電源就是把電源供應(yīng)轉(zhuǎn)換為特定的電壓電流以驅(qū)動(dòng)LED發(fā)光的電源轉(zhuǎn)換器。寬電壓輸入更適合驅(qū)動(dòng)電源供電的需求。

驅(qū)動(dòng)電源的輸出按驅(qū)動(dòng)方式分兩種。恒流即驅(qū)動(dòng)電路輸出的電流恒定，LED 串聯(lián)或并聯(lián)運(yùn)行，優(yōu)點(diǎn)亮度穩(wěn)定，缺點(diǎn)某個(gè)LED故障可能影響其他LED運(yùn)行。恒壓恒流即一個(gè)恒壓源供多個(gè)恒流源，每個(gè)恒流源單獨(dú)給每路LED供電。優(yōu)點(diǎn)一路LED故障，不影響其他LED工作。

2.6.2 驅(qū)動(dòng)電源的保護(hù)功能

驅(qū)動(dòng)電源的保護(hù)即驅(qū)動(dòng)電路的保護(hù)，除短路、過(guò)壓、過(guò)載常規(guī)保護(hù)，抗浪涌保護(hù)可避免電網(wǎng)系統(tǒng)啟用和雷擊感應(yīng)時(shí)保護(hù)LED不被損壞，溫度保護(hù)可控制檢測(cè)LED溫度，防止LED芯片PN結(jié)溫度過(guò)高。

2.6.3 驅(qū)動(dòng)電源的效率，功率因數(shù)

效率=輸入有功功率/輸出有功功率，功率因數(shù)=輸入有功功率/輸入視在有功功率。效率高燈具損耗小，功率因數(shù)高對(duì)電網(wǎng)無(wú)功量小。

驅(qū)動(dòng)電源的質(zhì)量通常被認(rèn)為與LED燈頻閃有關(guān)。驅(qū)動(dòng)電源腔與光學(xué)腔分離有利散熱，電源連接線采用快速插拔接頭有利檢修。驅(qū)動(dòng)電源選擇關(guān)注品牌、電性穩(wěn)定保護(hù)功能全、結(jié)構(gòu)散熱和防護(hù)等級(jí)高。

2.7 燈具

2.7.1 外殼

鋁合金材料，防護(hù)涂層，其中AA6063熱傳導(dǎo)能力好，ADC12加工機(jī)械性能好，適合壓鑄成形。散熱器與燈殼一體化。外殼選擇有助散熱、排水降風(fēng)阻，集成燈具重量減輕燈桿負(fù)荷。

2.7.2 透明罩

主指二次配光設(shè)計(jì)透鏡與燈罩一體化，以密封膠氣密。區(qū)別一次配光設(shè)計(jì)透鏡直接封裝（或粘合）在LED芯片支架上。透鏡材料有硅膠、亞克力、PC、玻璃。其中PC生產(chǎn)效率高；亞克力較PC透光率高，耐熱溫度低；玻璃較亞克力、PC透光性好、耐溫高但易碎，鍍膜或鋼化處理改良。光學(xué)介面選擇關(guān)注面板厚度反映抗沖擊能力，照度均勻、增加防眩處理等反映照明效果和照明質(zhì)量。

2.7.3 配件

加厚支架，角度轉(zhuǎn)動(dòng)可調(diào)式；引入口電纜夾緊密裝置；接線端子；卡扣；不銹鋼螺絲；澆注劑；防護(hù)密封圈（無(wú)有害物質(zhì)石棉）……細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)不容忽視，體現(xiàn)抗風(fēng)，塵密，方便使用，節(jié)約后續(xù)維護(hù)成本等優(yōu)點(diǎn)。綜述配件選擇關(guān)注各部件結(jié)構(gòu)性與功能性匹配，表面做工細(xì)膩，更符合實(shí)際應(yīng)用。

2.8 防觸電保護(hù)等級(jí)

照明燈具按防觸電保護(hù)分類(lèi)：安全程度低到高0類(lèi)<Ⅰ類(lèi)<Ⅱ類(lèi)<Ⅲ類(lèi)。Ⅰ類(lèi)一般用于金屬外殼燈具如投光燈、路燈等，Ⅱ類(lèi)適用于環(huán)境差，人經(jīng)常觸摸的燈具。防靜電保護(hù)等級(jí)是識(shí)別LED模組設(shè)計(jì)安全性能優(yōu)劣的參考因素。

2.9 工作溫度

工作溫度是LED燈具能正常工作的環(huán)境溫度。LED燈只標(biāo)示工作溫度，不標(biāo)溫升。溫升是燈具工作時(shí)允許升高的溫度，是衡量散熱器散熱能力的標(biāo)示。高檔燈具的溫升相對(duì)小。專(zhuān)家認(rèn)為溫升是實(shí)際選擇LED燈具的一個(gè)參考標(biāo)準(zhǔn)。

2.10 防爆參數(shù)

重點(diǎn)了解爆炸性氣體環(huán)境和可燃性粉塵環(huán)境用電設(shè)備防爆標(biāo)志，危險(xiǎn)場(chǎng)所分類(lèi)，外殼防護(hù)等級(jí)，防腐等級(jí)等。

爆炸性氣體環(huán)境用電設(shè)備防爆標(biāo)志：如隔爆外殼（d—隔爆型；e—增安型，mb—澆筑型）；爆炸性氣體分級(jí)分組類(lèi)別（如除煤礦外Ⅱ類(lèi)）；表面設(shè)備最高表面溫度（如T6分組越高，對(duì)應(yīng)的氣體燃點(diǎn)越低，對(duì)設(shè)備要求越高）；設(shè)備保護(hù)類(lèi)別（如Gb級(jí)具有 “高”的保護(hù)級(jí)別），可燃性粉塵環(huán)境用電器設(shè)備，外殼保護(hù)型（tD）；防爆參數(shù)是港口化工場(chǎng)所LED燈具必不缺少的選擇，出具國(guó)家級(jí)檢測(cè)機(jī)構(gòu)的測(cè)試報(bào)告（如高溫濕熱、振動(dòng)、鹽霧等試驗(yàn)）對(duì)戶外燈具選擇更具說(shuō)服力。

2.11 認(rèn)證和售后服務(wù)

了解相關(guān)認(rèn)證機(jī)構(gòu)如IECEx（國(guó)際認(rèn)證），ATEX（歐洲認(rèn)證），PCEC（國(guó)家防爆產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心）；CQST（國(guó)家防爆電氣產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心）等。認(rèn)證是防爆校驗(yàn)的必要環(huán)節(jié)，選擇高級(jí)別權(quán)威機(jī)構(gòu)的質(zhì)量、環(huán)保認(rèn)證，因?qū)徍藝?yán)格更具可信度。橫向比較承諾內(nèi)容及質(zhì)保期限，選擇資質(zhì)強(qiáng)信譽(yù)良好的供應(yīng)商，為L(zhǎng)ED產(chǎn)品規(guī)范售后服務(wù)及后期無(wú)爭(zhēng)議提供保障。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)防爆LED燈具照明術(shù)語(yǔ)和防爆知識(shí)的梳理，拓展用戶在招標(biāo)采購(gòu)防爆LED燈采購(gòu)時(shí)的認(rèn)知和辨識(shí)，更針對(duì)性地向供應(yīng)商了解產(chǎn)品的質(zhì)量控制。設(shè)計(jì)各有側(cè)重，性能各有千秋，單獨(dú)每一項(xiàng)都不能作為評(píng)判的標(biāo)準(zhǔn)。不同應(yīng)用選擇不同光源，原材料的迥然不同必造成價(jià)格的差異。用戶宜在承受合理價(jià)位基礎(chǔ)上，核算投資成本，用電時(shí)間電費(fèi)等性?xún)r(jià)比，考慮燈具綜合性能，正確選擇適合自身作業(yè)區(qū)工況、安全可靠的LED防爆燈。

（作者單位：江蘇省儀征市南京港股份有限公司）