淺談LED燈應(yīng)用

曹秀芬

摘要：隨著LED燈的不斷研制與發(fā)展，由起初LED燈顏色只有紅光、黃光、綠光、藍(lán)光等，主要作為指示燈和渲染效果使用。到目前使用藍(lán)光LED激發(fā)黃色熒光粉發(fā)出白光，LED應(yīng)用才有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。研制出白光LED燈后才廣泛應(yīng)用于照明領(lǐng)域，成為一種新的節(jié)能型光源。

關(guān)鍵詞：光衰;散熱;光束角;藍(lán)光;電壓偏差

LED燈有以下優(yōu)點(diǎn)：光效比較高;體積小、質(zhì)量輕;響應(yīng)時(shí)間短;防潮、耐低溫、抗震動(dòng);調(diào)光方便。白熾燈和鹵鎢燈的光效為12～24lm/w，熒光燈的光效一般為50～70lm/w，鈉燈的光效可達(dá)90～140lm/w，這些燈具大部分的耗電都轉(zhuǎn)變成熱量損耗。而LED發(fā)光二極管的光效經(jīng)過(guò)改良后可以達(dá)到50～200lm/w，而且光的單色性很好、光譜又窄，不需要過(guò)濾就可以直接發(fā)出有色的可見(jiàn)光。

LED燈的不足之處主要有以下四方面：光衰大、發(fā)熱量大散熱困難、發(fā)光分散光束角很難達(dá)到要求、藍(lán)光的成分偏高很難過(guò)濾，下面我來(lái)分別介紹一下。

一、光衰

LED路燈光衰就是光在傳輸中的光通量減弱，光衰計(jì)算方法為：N小時(shí)的光衰=1-（N小時(shí)后的光通量/初裝光通量）。光衰強(qiáng)弱與溫度有直接的關(guān)系，溫度主要由芯片質(zhì)量、螢光粉的衰減和封裝技術(shù)等因素決定的。

由于沒(méi)有統(tǒng)一制造標(biāo)準(zhǔn)，市場(chǎng)上各種品牌的LED燈的光衰都是不同的，通常LED廠家都會(huì)給出一套標(biāo)準(zhǔn)的光衰曲線(xiàn)圖。我在網(wǎng)上搜索美國(guó)Cree公司給出的LED燈光衰曲線(xiàn)如圖1所示。由圖中曲線(xiàn)顯示導(dǎo)致LED產(chǎn)品光衰的原因雖然很多，但是最關(guān)鍵的還是熱的問(wèn)題。

二、散熱

LED燈泡發(fā)熱的主要原因是發(fā)光二極管吸收的電能大約只有20%～30%左右轉(zhuǎn)化為光能，而大約70%的電能都變成了熱能。所以各LED廠家花費(fèi)大量人力物力重點(diǎn)研發(fā)解決LED燈泡的散熱問(wèn)題，主要從兩個(gè)方面入手，封裝前LED芯片散熱與封裝后LED燈泡散熱。

搜集了市面上主流散熱方法如下：①常見(jiàn)的是鋁散熱鰭片;②最低成本的是導(dǎo)熱塑料，這是一種加強(qiáng)散熱方式;③在燈殼內(nèi)部安裝長(zhǎng)壽高效風(fēng)扇加強(qiáng)散熱，這種方式造價(jià)低，效果好，缺點(diǎn)是要經(jīng)常更換風(fēng)扇，很少采用;④大型燈具常用的導(dǎo)熱管散熱技術(shù);⑤燈殼表面做輻射散熱處理的方法。散熱效果的好壞也是評(píng)判LED燈具質(zhì)量的一個(gè)重要因素。

三、光束角

我們參考光束角的定義：“光強(qiáng)達(dá)到光束軸線(xiàn)光強(qiáng)的10%處、兩邊所夾的角，稱(chēng)為光束角”。LED發(fā)光二極管本身的發(fā)光角度很大，半角大約是120°，看起來(lái)很散，還有大量的光損失，這樣的光看實(shí)物容易產(chǎn)生重影和模糊不清的感覺(jué)。隨著現(xiàn)在LED燈具的不斷研發(fā)，配上合適的燈杯或透鏡，完全可以達(dá)到普通熒光燈的效果。

四、藍(lán)光

藍(lán)光危害目前已被世界衛(wèi)生組織納入光生物安全的范疇，也就是人們通常說(shuō)的光輻射安全。藍(lán)光對(duì)視網(wǎng)膜傷害造成一般是是由于人眼直視LED光源（發(fā)光二極管）造成的，而經(jīng)過(guò)封裝后的LED燈具，已經(jīng)將藍(lán)光控制在一定的安全范圍內(nèi)。國(guó)際電工技術(shù)委員會(huì)（IEC）制定LED光源產(chǎn)品藍(lán)光危害進(jìn)行了安全級(jí)別分類(lèi)的標(biāo)準(zhǔn)“IEC62471”。分為“RG0（免除，燈在標(biāo)準(zhǔn)所定義的極限條件下也不造成任何危害。所包含的藍(lán)光危害部分定義為在10000s內(nèi)不造成對(duì)視網(wǎng)膜危害）、RG1（Ⅰ類(lèi)，低危險(xiǎn)，無(wú)附加要求，所包含的藍(lán)光危害部分定義為在100s內(nèi)不造成對(duì)視網(wǎng)膜危害）、RG2（Ⅱ類(lèi)，中等危險(xiǎn)，所包含的藍(lán)光危害部分定義為在0.25s內(nèi)不造成對(duì)視網(wǎng)膜危害）、RG3（Ⅲ類(lèi)，高危險(xiǎn)，光源在短瞬間造成危害）”。在通常情況下，LED照明產(chǎn)品應(yīng)滿(mǎn)足RG1類(lèi)要求，且色溫不宜超過(guò)4000K，一般顯色指數(shù)要達(dá)到80以上。

綜上所述， LED燈適宜用在車(chē)庫(kù)、走廊、和作為裝飾效果使用，不適宜用在辦公等長(zhǎng)時(shí)間停留的場(chǎng)所。

下面再來(lái)談?wù)勲娔苜|(zhì)量中電壓偏差會(huì)不會(huì)造成成為影響LED使用效果的主要因素呢？

《工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第四版）對(duì)電壓偏差有以下要求，如表1所示：

照明設(shè)計(jì)中通常選擇導(dǎo)線(xiàn)截面積為2.5mm2，銅線(xiàn)在20℃時(shí)的電阻率為ρ=0.0178Ω·mm2/m，根據(jù)導(dǎo)線(xiàn)電阻率公式R=ρL/S，按照電壓偏差最大值進(jìn)行計(jì)算△U=220[×]0.05=11V，照明回路采用16A斷路器保護(hù)，則△U=IR=IρL/S

11=16[×]0.0178[×]L/2.5? ? ? ? ? L=96.56m

我們進(jìn)行一般照明設(shè)計(jì)時(shí)通常按照末端配電不超過(guò)50m來(lái)設(shè)計(jì)，完全滿(mǎn)足電壓偏差，不至于對(duì)LED燈的效果產(chǎn)品明顯的影響。

綜上所述，在選擇LED燈的時(shí)候要關(guān)注以下參數(shù)：①顯色指數(shù)（Ra）不應(yīng)小于80;②色溫不宜高于4000K;③燈具宜有漫射罩或有不小于30°的遮光角;④燈的功率因數(shù)：P≥25W的，cosφ≥0.9;5W

參考文獻(xiàn)：

[1]劉屏周.《工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第四版）[M].北京：中國(guó)電力出版社，2016.

[2]照明設(shè)計(jì)手冊(cè)（第三版）[J].供用電，2018（07）.