大功率LED照明产品（精选11篇）
大功率LED照明产品 篇1
引言
随着LED产业技术的不断发展, LED作为一种光电元件得到了越来越广泛的应用。从最开始的小功率LED指示灯、LED大屏幕应用, 到现在的LED灯饰和大功率LED照明灯具的逐渐普及, LED产品越来越走近人类的生产和生活, LED在照明产业中的应用更是有划时代的意义。作为世界公认的新一代照明材料, LED有很多优势。它高节能无污染, 寿命长, 适用性好, 单灯体积小, 可以做成任意形状, 响应时间短, 为纳秒级, 而且LED照明可以做成七彩或白光, 色彩绚丽。但是LED用于照明目前还有一些缺点, 即价格贵, 目前能做到的实际参数和理论值还有差距, 另外还需克服发热和光衰的问题。下面就大功率LED照明设计中所需解决的几个问题做一下分析。
1 驱动设计
在LED照明领域, 要体现出节能和长寿命的特点, 选择LED驱动器至关重要, 没有好的驱动器IC的匹配, LED照明的优势无法体现。大功率LED是低电压、大电流的驱动器件, 其发光的强度由流过LED的电流决定, 电流过强会引起LED的衰减, 电流过弱会影响LED的发光强度, 因此, LED的驱动需要提供恒流电源, 以保证大功率LED使用的安全性, 同时达到理想的发光强度。
随着大功率LED普遍在灯光装饰和照明中的普遍使用, 功率型LED驱动显得越来越重要。用市电驱动大功率LED需要解决降压、隔离、PFC (功率因素校正) 和恒流问题, 还需有比较高的的转换效率, 有较小的体积, 能长时间工作, 易散热、较低的成本, 抗电磁干扰, 和过温、过流、短路、开路保护等。
现在各厂商为LED照明开发的驱动器很多, 在实际应用中, 要根据应用领域, 电流, 功率, 效率, 精度等参数, 以及成本要求适当选择。
Pow Tech生产的PT4115是一款DC到DC降压恒流式LED驱动器, 其特点有:输入范围从8V到30V (AC或DC) , 击穿电压>45V;输出电流高达1.2A, 内置大功率MOFET;效率97%;超低的关断电流;±5%输出电流精度;LED开路保护;模拟/PWM调光功能选择, 5000:1的PWM调光比;内部含有抖频特性, 有效地改善了EMI。这款驱动器主要应用于MR16射灯、LED装饰照明、汽车的辅助照明灯等。图1为PT4115直流输入应用方案。
Addtek也针对大功率LED的不同应用推出许多解决方案其中AMC7135是一款350m A超低压差稳流器, 推动1W的高功率LED达到稳定亮度, 增加电池总输出功率的效果。其超低压差、低静态电流特性更延长了电池操作时间, 无须任何外接组件, 并具有输出短路/开路保护与内建过热保护装置, 适合应用在要求体积小与密闭空间的LED手电筒;AMC7150则是1.5A高功率LED驱动IC, 主要应用于一般LED照明与汽车LED辅助照明;A704用于AC-DC市电大功率照明;AMC7140用于DC-DC大功率照明, 可调输出电压;A702为DC-DC 6个通道灯串驱动。
还有许多其它厂家也推出了多款大功率LED照明驱动器进入市场, 随着LED照明产业的发展, 相信会有更多更好的驱动器可供广大设计者选用。
2 散热设计
LED是个光电器件, 其工作过程中只有15%~25%的电能转换成光能, 其余的电能几乎都转换成热能。所以在大功率LED中, 散热是个大问题。若不加散热措施, 则大功率LED的器芯温度会急速上升, 当其结温上升超过最大允许温度时, 大功率LED会因过热而损坏。另外一般功率器件的散热计算中, 只要结温小于最大允许结温温度就可以了。但在大功率LED散热设计中, 其结温要求比125℃低得多, 其原因是LED的结温对LED的出光率及寿命有较大影响:节温越高会使LED的相对出光率越低, LED的寿命越短。因此在大功率LED灯具设计中, 最主要的设计工作就是散热设计。
热是从温度高处向温度低处扩散, 大功率LED主要的散热路径是:管芯→散热垫→印制板敷铜层→印制板→散热片或壳体→环境空气。
大功率LED在结构设计上十分重视散热问题。典型的大功率LED设计是在管芯下面加一个尺寸较大的金属散热垫, 使管芯的热量通过散热垫传到外面去。散热垫的底面与PCB的敷铜面焊在一起, 以较大的敷铜层作散热面。在大功率照明灯具设计中为提高散热效率, 一般采用铝基板PCB, 铝基板是一种独特的金属基覆铜板, 它具有良好的导热性、电气绝缘性能和机械加工性能。热通过铝基板传到散热片或壳体结构上, 然后再散到灯具外的环境空气。
在热的传导过程中, 各种材料的导热性能不同, 即有不同的热阻。大功率LED照明灯具的总热阻为管芯到散热垫底面的热阻与散热垫到PCB的热阻和PCB到壳体的热阻以及壳体到环境空气的热阻之和。各部分热阻可以用R= (TJ-T1) /P的公式计算, 其中R为热阻, 单位为℃/W, TJ为结温, T1为传热介质的温度, P为LED工作的功率, 等于LED的IF与VF乘积。在实际设计中, 应根据LED的参数值和各种介质材料的标称或实验参数数据进行热阻计算。经计算获得的TJ节温值如果小于LED的最高节温TJMax要求, 则散热设计不足, 需另加散热片或采取其它措施, 直到节温满足要求。
可以这样理解:热阻越小, 其导热性能越好, 灯具的散热性能越好。
3 防护等级
防护等级是大功率LED照明灯具的重要参数指标, 尤其对用于户外的LED路灯、LED射灯等要求防水防尘的照明灯具。这类灯具要求全天侯工作于室外, 对防护等级, 高低温, 防腐蚀等指标的要求较高。
IP防护等级是用两个数字标记的, 例如:IP65。第一个数字表示防固体物质等级等级, 从第0级的“无防护, 无专门的防护”到第6级的“不透灰尘。无灰尘进入”, 共有7个级别;第二个数字表示防液体物质等级, 从第0级的“无防护, 无专门的防护”到第8级的“防护水淹没”。在制造商说明的条件下设备可长时间浸入水中, 共分9个等级。数字越高, 对灯具的要求越高, 说明灯具对环境的适应性越好。
一般户外大功率LED照明灯具 (如LED路灯) , 要求的防护等级为IP65 (即要求灯具不透灰尘, 防溅水) 或更高。这就对灯具的外壳和散热设计提出了更加严格的要求, 要满足防水防尘条件就要将灯具密封, 但是密封又会带来无法热散的问题。在实际设计中, 通常采用铝质散热片结构, 和铝质密封壳体相结合的方法, 为了满足高要求的散热环境, LED灯或PCB板背面的散热片可采用与铝壳体相接触的设计, 尽量增加热传导, 而不是通过对流和扩散的方式散热。这样设计出来的壳体质量轻, 散热好。
4 总结
尽管大功率LED照明目前还存在许多问题, 如LED灯具价格较高, 目前能做到的光效率和理论值光效率还有很大差距, 目前能做到的寿命与理论寿命 (10W小时) 还有很大差距, 还有发热的问题, 以及减少光衰的问题等, 这些问题使得大功率LED照明灯具短期内难于普及。但是相信随着LED产业上游技术的不断发展, 这些问题必将在不远的将来得以圆满解决, LED照明的民用普及时代必将到来。
摘要：近年来, 大功率LED照明发展较快, 在结构和性能上都有较大的改进, 产量上升、价格下降。与前几年相比较, 在发光效率上有长足的进步。大功率LED照明的普及应用必将在不远的将来成为可能。本文针对大功率LED照明灯具设计中要解决的重点难点问题, 如:驱动电路设计, 散热设计, 防护等级等进行了简单分析, 希望能使读者对大功率LED照明灯具的设计有所了解。
关键词：大功率LED,驱动,散热
参考文献
[1]陈元灯.LED制造技术与应用[M].北京:电子工业出版社, 2007, 7.[1]陈元灯.LED制造技术与应用[M].北京:电子工业出版社, 2007, 7.
[2]杨清德, 康娅.LED及其工程应用[M].北京:人民邮电出版社, 2007, 12.[2]杨清德, 康娅.LED及其工程应用[M].北京:人民邮电出版社, 2007, 12.
大功率LED照明产品 篇2
LED照明市场商机巨大，发展空间广阔。LED照明灯具应用已经从过去室外景观照明LED发展向室内照明应用。据分析未来五年内LED室内照明的发展将有指数型增长趋势。2011年其产值将高达数百亿美元。尤其是2009年欧盟率先实施禁用白炽灯计划，以及节能议题备受关注，造就了LED室内照明巨大的市场机遇和乐观的前景。
高功率LED照明灯具的发展取决于两大元素：一是芯片本身；二是灯具技术，包含散热、光学、驱动。首先是芯片，目前，LED 芯片技术发展的关键在于基底材料和外延生长技术。基底材料由传统的蓝宝石材料、硅和碳化硅，发展到氧化锌、氮化镓等新材料。无论是面向重点照明和整体照明的高功率芯片，还是用于装饰照明和一些简单的辅助照明的低功率芯片，技术升级的关键都关乎如何开发出更高效、更稳定的芯片。在短短数年内，借助于包括芯片结构、表面粗化处理和多量子阱结构设计在内的一系列技术改进，LED 在光效方面实现了巨大突破。薄膜芯片技术是超亮 LED 芯片生产中的核心技术，能够减少各侧面的光输出损耗，并能借助底部的反射面使 97% 以上的光线从正面输出。这不仅显着提高LED 的光效，还为透镜设计创造了优越的便利条件。
其实从LED照明灯具的发展以来人们一直关注它的使用寿命，若仅仅依靠使用低热阻的 LED 元件是未能为灯具装置构建良好的散热系统，而必须有效地减小从 PN 节点到周围环境的热阻，才能大大降低 LED 的 PN 节点温度，而成功实践延长 LED 灯具的使用寿命并提高实际光通量的目标。别于一般传统灯具，印刷电路板既是 LED 的供电载体，也是 LED 的散热载体，所以散热片和印刷电路板的散热设计十分重要。除此之外，灯具制造商还须考虑散热材料的质量、厚度和尺寸以及散热界面的处理和连接等因素。
大功率LED照明产品 篇3
摘要：嵌入式电源控制器——PowerPSoC集成了多通道LED恒流通道系统，可为客户降低BOM成本，提供更大的设计灵活性。其不仅提供光的智能控制，也是LED恒流电源，可有效用来处理通信、调光、输入电压及恒定电流控制等问题。
关键词：PowerPSoC；LED；照明；功率控制器；恒流
经济动荡不安的时代传达给设计工程师的信息非常明确，那就是省钱!这一点在LED成本还很高的照明解决方案中显得尤为重要。赛普拉斯的PowerPSoC一一嵌入式电源控制器有助于降低LED照明方案的成本。
PowerPSoc的集成度较高，不仅包含了配置4路独立电源类型(降压／升压／升降压)所需的4路6MHz电流放大器，4路2MHz的迟滞控制器，4个1A、32V的N型场效应管，甚至还内置了最高输入电压为32V的降压控制器，用以提供嵌入式系统所需要的5V电压。这样的集成度给客户带来的直接好处就是成本优势。图1是标准的照明设计示意图。该图看似复杂，但其实可以压缩为3个单元。首先，电源单元用于提供系统所需要的各类电压类型，其输入电压范围为12～32V；其次，LED恒流控制单元为LED串提供恒定的电流；最后，智能控制单元用于提供调光、通信及其他附加功能。
为了充分挖掘集成的潜力，需要将图1中的单通道LED控制系统扩展为4条通道。许多LED装置需要多条通道以便智能地调整颜色和亮度。图2显示的是四通道系统。
上述系统显示，每条LED通道都需要一条恒流控制环路，所以即使只需要一个智能控制器，但同样也会增加成本。PowerPSoC则完全集成了这些额外的恒流控制器，如图3中突出部分所示。
实际上，整个4通道LED系统都被集成到一个器件中了。对分立器件方案来说，由于每条恒流通道的成本都非常昂贵，因而这可显著节约BOM(物料清单)成本。
成本优势只是其一。相对于分立器件分离式控制器而言，使用嵌入式控制器可为设计提供高度的灵活性。例如，内部迟滞控制器的设置可针对参考电压进行相应的调整，这实质上意味着照明系统的恒定电流可直接从固件更新，而无需改变外部采样感应电阻。
由于在1～4条通道中可将PowerPSoc用于引脚兼容的器件，高灵活性也意味着可为多个照明器材提供照明引擎，从而不仅能够节省大量的工程重复设计工作，同时也意味着可将基础设计用于办公环境的白光或娱乐环境的多色彩混合射灯等不同应用领域。
鉴于许多照明设计人员是初次接触半导体，PowerPSoC器件要尽量简单易用。由于PowerPSoC的一条通道要用于电源控制，所以其共有三种PSoC Designer用户模块(用于简化普通功能实施情况的预配置、预特征化的代码块)和三行“C”代码。
用户模块是包含API和寄存器设置的预配置代码块。设置第一个用户模块需要占用一条功率通道，工程师须将电流感应放大器拖放到图中指定的位置。电流放大器有一些可调节的设置，其中最重要的是增益设置，这也是独立修改系统恒定电流的另一种方式。
第二个用户模块是调光模块，这也是PowerPSoC相对于竞争对手所具有的一种优势。大多数竞争对手的调光模块只提供少量8～10位PWM(脉宽调制)硬件，而PowerPSoC可提供4个16位硬件调光模块，这些模块可配置为PWM或以下两种：1、赛普拉斯PRISM扩展频谱信号，其可将照明系统的EMI(电磁干扰)降低到70dB；2、赛普拉斯硬件密度调制PWM(DMM)，即12位抖动PWM。
最后一个用户模块是迟滞控制器，其与电流放大器、调制器以及内部n-FET相连接。所以这些模块可以时，VShunt device×ILED的功耗转化为热量。使用低RDS-ONFET将最大限度地减少这种效率损失。
LM3409多种调光功能
美国国家半导体的LM3409是一种独一无二的LED驱动器，可以轻松实现模拟和PWM调光功能。在此部件上可以有四种方法实现LED调光；
1直接使用0V至1.24V的电压源驱动IADJ引脚实现模拟调光；
2通过在IADJ引脚与Gnd之间放置电位器实现模拟调光；
3使用Enable引脚实现PWM调光；
4通过外部分流器PET实现PWM调光。
LM3409通过连接电位器实现模拟调光。内部5μA电流源在RADJ上产生电压，该电压反之改变内部电流检测阈值。使用直流电压直接驱动IADJ引脚可以获得同样效果。
图4显示了测得的LED电流与IADJ引脚和Gnd之间的电位器电阻的关系图。1Amp处的平顶表示最大额定LED电流，该值由图4中所示的电流检测电阻RSNS设置。
图5将测得的LED电流显示为IADJ引脚上的驱动直流电压的函数。请注意RSNS设置了相同的最大LED电流。
两种模拟调光选项均可轻松实现并提供线性极强的调光性能、直到低至最大值10％左右的水平。
结语
有许多方法可以针对开关模式稳压器供电的LED进行调光。两类主要的方法：PWM和模拟法均各有利弊。PWM调光可以显著减少LED的颜色变化，与此同时，让亮度水平发生变化，但前提是需要添加逻辑电路来产生PWM波形。模拟调光的电路更加简单，但可能不适合那些要求恒定色温的应用。针对降压／升压／升降压应用进行相应配置。
包含三条START命令的“C”代码，对于设计人员来说这三条命令再简单不过了(如图4)。
除上述功率通道外，PowerPSoC还包含有数字和模拟资源，可用于DMX512和DALI等数字通信协议功能，及赛普拉斯CapSense触摸控制专利技术等用户界面。
大功率LED照明产品 篇4
随着我国高速公路的发展, 特别是山区高速公路需穿越大量的隧道, 为了确保车辆通行的安全, 需配置大量的照明, 隧道的运行成本越来越高。为了实现隧道照明降低用电量、避免洞内、洞外光差, 确保车辆安全、实行分段照度控制、提高照明灯具的使用寿命, 提高隧道照明安全稳定运行、便于日常维护管理等。采用光效好, 无污染的冷光源节能的大功率LED灯作为隧道照明灯具, 并采用智能控制系统实现隧道照明控制是技术发展的必然, 是节能减排的需要, 也是实现高速公路安全运行的必然。
1 智能照明控制系统的组成
隧道照明系统采用分布式控制, 通讯采用RS485通信, 系统组成如图1所示。系统主要由上位控制计算机、控制终端设备和现场采样设备组成。上位机与中间层、现场层设备之间通过RS485通信总线进行信息的传递, 实现数据的上传和下达。上位机是大功率LED隧道照明控制的心脏, 也是系统的控制中心和信息处理中心, 负责系统的决策、指令发送、数据采集、显示和存储系统数据等任务。控制终端主要实现LED照明灯具的控制, 采集照明灯具的温度和照明通过的电流、调节照明灯的工作电流等。同时把相应的参数上传到上位机, 并执行上位机发出的相应得控制命令, 对照明进行及时的调控。采样设备主要由通行车辆检测器、光亮度检测器和车速检测器, 用来采集隧道通过的车辆、隧道洞内洞外光亮度、运行车速等相关的现场实时数据。
2 上位机软件设计
隧道智能照明控制系统上位机软件结构按结构层次可以划分为人机对话界面层、现场数据采集层、隧道现场车辆检测通信层, 软件系统结构框图如图2所示。人机对话界面为操作员工提供简单方便的操作平台, 有系统的主界面和相应的对话框。现场数据处理层是计算机处理采样数据的, 计算机中的数据包括终端采集的原始数据, 中间处理数据和计算好的输出的最终数据, 分别保存在上位机不同的储存器中。数据处理层需计算判断的数据很多、计算函数复杂多样, 有采样原始数据的采集函数, 有计算中间数据的各种相关的关系函数和计算最终数据需要的调用函数等。隧道检测通信层是软件的现场间隔层, 是系统的输入输出口, 负责对各种信号的进行采集和把最终结果输出控制照明灯具。三层软件结构紧密相连, 实习系统软件的全部功能。上位机软件结构按使用功能的不同可分为:数据采集模块、数据备份模块、数据分析处理模块、隧道照明控制模块、系统设备自检和用户管理维护模块。
系统要进行数据采集, 先要和终端采集设备进行相因的通信连接。在完成通信连接后, 再编写采集各种信号参数的函数就可以进行相应的数据采集。大功率LED隧道照明智能控制系统的运行过程中, 有许多数据需要备份保存, 以备以后需要的时候进行相应的查询。隧道智能照明控制系统对照明控制的方法是:把加强照明和基本照明分开, 按照明强度把它分成六级, 在根据时间的顺序和不同的补偿的方式综合对灯具采用不同的排列组合进行控制, 从而对隧道照明的亮度进行调节。
3 终端控制模块设计
高速公路隧道环境比较差, 所以采用的隧道照明控制系统的控制终端必须可以对数据进行精确的测量、对照明灯具进行准确的控制并且通信必须可靠, 数据上传和下达必须正确。要实现以上的目标, 控制终端硬件电路必须高可靠设计和软件算法必须优化设计处理, 抗干扰能力强。
按实现不同功能要求为标准, 控制终端有两种:检测终端、控制终端。按隧道照明灯为标准, 检测终端分有外部检测和内部检测, 外部检测主要是有隧道外部照明亮度检测、隧道内部照明亮度检测、隧道车流量检测和隧道内车辆速度检测。在系统出现故障如照明灯具损坏或线路有问题时, 系统必须发出报警信号并让高速公路值班人员知道, 安排人员处理。系统必须采集LED故障的电流、电压和照明灯具温度等参数。电流、电压和灯具温度测量是终端内部检测。控制终端可以对输出部分进行相应的调光占空比控制, 就可以对LED隧道照明灯具的亮度进行相应的调节, 实现隧道照明的智能控制。所以控制终端除了要进行参数采集和照明灯亮度控制外, 还要和上位机数据交换, 控制终端框图如图3所示。
控制终端所需的信号都是由的检测设备和检测电路检测后再送到终端的, 测量设备将检测信号采样后并进过相应的电路转换为电压信号, 再通过终端微处理器对检测电压信号分别进行相应的逻辑运算, 再将计算数据的结果通过通信接口传给上位机, 上位机再对计算数据根据控制软件进行相应还原后送到上位机软件界面上。为了避免隧道照明智能控制系统的上位机控制太多控制终端而出现通信混乱, 上位机的通信控制方式是采用呼号连接的方法, 上位机对每一个控制终端发出的指令都有一个相应的ID号, 通信时ID号为传递数据的第一个字节, 控制终端在接受数据是, 把接收到的第一字节和自己的ID号进行比较判断是否一致, 若相同, 则和上位机的进行通信联系, 并改变控制终端的工作状态;假如ID号不相同则控制终端不接收信号, 控制终端保持自身的工作状态而不受上位机的影响。控制终端设备是通信从机, 根据系统设置的通信协议, 在上位机没有发出控制指令, 控制终端和上位机不能进行数据传送。在上位机发出通信指令后, 控制终端可以给上位机发送数据, 控制终端先将通数据和ID号捆绑后一起通过通信端口发送给上位机, 上位机这样可以知道信息的来自哪一台控制终端。隧道照明灯具相连接的控制终端工作流程, 和对车辆速度速、车辆的流量, 隧道外照明亮度和隧道内照明亮度进行分别控制的过程大致相同, 控制终端进行复位后, 上位机检测程序不断的检测通信数据总线的工作状态, 检测到有终端发送数据后, 终端马上采用中断工作方式, 根据时间先后对接收的数据进行电流、电压、温度测量和进行照明亮度控制的性质进行相应的识别, 进行不同的照明亮度控制。
4 结束语
因为LED灯采用直流驱动容易实现调光, 采用大功率LED灯作为隧道照明控制的灯具。采用了根据隧道照明各段对光度需要的不同, 用占空比控制调光函数, 用隧道外照明亮度、车流量、车辆速度的变化综合计算出隧道各段照明亮度所对应的不同占空比来进行照明智能控制, 克服了隧道照明控制调光的不连续的难题。采用的隧道照明控制简单, 可以利用计算机编程语言进行控制软件编程。设计中采用了隧道内部照明亮度作为检测反馈量, 达到隧道照明与隧道外部环境亮度的协调。设计了大功率LED隧道照明智能控制系统的上位机软件框架, 上位机软件主要由外部控制终端数据采集、上位机数据备份、数据分析处理、光照度调节控制等模块组成。该软件可以进行自动监测功能、数据快速处理、数据备份维护和通信等功能, 软件采用模块化设计, 随时可以根据用户不同的隧道照明要求而进行修改完善和扩充。软件有智能控制、手动控制和应急控制三种照明控制模式, 用户操作简单方便, 软件人机界面友好。上位机与控制终端的通信一对一的数据交换方式通信, 确保了通信的可靠性。系统采用抗干扰设计, 终端设计分别从硬件和软件上进行了相应的滤波处理, 提高了终端检测数据的精确性。
采用大功率LED隧道照明智能控制系统, 不仅提高了高速公路的安全性, 也降低了高速公路的用电量和提高了照明设备的使用寿命, 降低了设备的维护工作量。
摘要：本文分析了原有高速公路照明控制存在的问题, 采用大功率LED智能照明控制系统的组成, 给出了上位机软件设计结构图、控制终端设计框图及改造后的效果。
关键词：隧道照明,智能控制,控制终端,LED
参考文献
[1]张驰, 王洵, 徐沛娟.公路隧道LED节能熊明及控制系统试验研究[J].新技术新工艺, 2009 (9) :67-70.
大功率LED照明产品 篇5
说起照明，大部分人会想到白炽灯、日光灯、节能灯，却可能对LED并不熟悉。事实上，LED是一种能够将电能转化为光能的半导体，具有寿命长、光效高、低功耗的特点。从节能的角度来看LED在大规模普及之后，将带来可观的节能效益。因此这个产业被认为是新能源领域的朝阳产业。这个产业近年来在国家的重视之下炙手可热，各路资本蜂拥而至。今年上半年以来就有8家LED照明企业成功上市，然而意想不到的是，去年年底，仅深圳倒闭的LED企业就达80多家。这究竟是一个怎样的行业?为何正经历着冰火两重天的境地?
刘飞，国美电器集团门店经营技术发展中心总经理。最近一年多的时间，他在忙着一件看起来并不起眼，但又很重要的工作——通过LED照明产品来降低公司的运营成本。
刘飞所说的照明产品，就是一盏盏很普通的LED日光灯，这些灯和公司的运营成本有着很大的关系。北京北四环外一家刚开业两个多月的国美电器卖场，所有照明用灯全部使用LED灯，大概有475支。这里的LED灯的功率是20瓦，原来使用的荧光灯的功率是45瓦，单纯从功率上的差异来看，可以带来56%以上的节电率，一年节省100多度电。
粗略算来，这家卖场一年至少可以节省5万度的照明用电。刘飞告诉记者，单看一家卖场，节省的照明费用似乎并不是很多，但是如果全国所有的卖场都换上这种灯的话，节省的电费将是一个巨大的数字。“我们这1700家店全都按这个状态去推LED灯的话，基本上可以更换掉200多万支灯，这么算下来的话，就可以一年差不多节约两亿多度电。”
如果按每度1元的商用电价来算，每年节约两亿度电，就相当于每年直接给公司降低了两个亿的运营成本，相当于几百家加盟店的直接经营收入。
LED照明产品不仅节能优势明显，使用寿命和光照舒适度也要强于普通的荧光灯。荧光灯用了几天之后，亮度低了很多，但LED灯的灯光有很大的指向性，减少了浪费。
有这种感触的不仅仅是刘飞，北京东三环王府井洋华堂商场的开发部经理刘巍也是如此。刘巍提到了LED灯的三个优势：第一是亮度比以前要提高，第二可以节约电费，第三就是使用寿命非常长。
从2010年开始，刘巍的商场就陆续将1万多盏30瓦的普通荧光灯更换成了LED灯，功率降到了10瓦，不仅光照效果比荧光灯还要好，商场的照明费用也降低了60%以上，每年能节省100万元的费用。在决定使用LED之前，刘巍找了很多厂家，做了很多方案和实验，包括照度能达到多少、节电率能达到多少，最后终于看到了效果。
有数据显示，同等光效的LED灯比白炽灯节能80%以上，比节能灯节能50%。我国照明用电约占全社会耗电总量的12%，按4万亿度的年耗电量算，每年的照明用电约5 000 亿度，若全采用LED灯，每年节电会在2000 亿度以上。LED照明产品卓越的节电性能目前无可替代，但在市场上卖得怎样呢?
记者来到了位于北京西四环的万隆汇洋灯饰市场，找到了一位名叫林良玉的店主。林良玉在这个市场经营灯具生意已经有7年的时间，最近两年，他逐渐将门店生意由经营传统灯具转到了卖LED。“现在就用5瓦、6瓦就可以达到以前的亮度，而以前是40瓦的亮度。LED产品节能一半还多，效果却比以前的效果还好。”
虽然LED的节能效果无可挑剔，但目前来讲，LED灯具生意却并不好做。一只品牌LED灯比普通的白炽灯单价要高数倍甚至十几倍，本来在价格上就并不具竞争优势;而市场上浑水摸鱼的大量低价劣质的LED产品，让他们的零售生意更是难做。林老板的LED灯比较高档一些，没走批发量大的便宜路线，而在市场上还是有很多的产品只有几块钱、十几块钱，虽然达不到光伏量，但老百姓只认便宜的。零售不好做，林老板的生意主要还是针对有节能需求的工程客户来跟单。
同样是做灯饰生意的周海华从2005年就开始做LED灯具生意，他告诉记者，尽管这些年LED灯具产品开发和品质越来越成熟，但是终端应用市场的开发还是相对缓慢。从2005年到2008年，LED在那个室外的应用比较多，2008年以后，室内才慢慢开始启动。
周海华认为，因为价格偏高的原因，LED灯具对于普通消费者来说，接受程度还是很有限，所以他们现在90%以上的LED照明产品，都还是销售到一些工程和商业项目领域。“目前还是工程用的多，无论室内室外，一个工程可能对这种产品的接受能力要强一点，毕竟量还是大嘛。老百姓虽然数量庞大，但是他们应用的单个数量还是比较小。”
换上LED照明，就能给国美电器减少两个亿的运营成本，这实在是一笔大帐。按理说这样的产品应该受到市场热捧，但我们在市场看到的情况却是消费者的冷淡。为什么会出现这样的局面?究竟这个行业目前处在怎样的发展阶段呢?
LED发光二极管，是一种能够将电能转化为可见光的固态半导体器件，最近十年才广泛应用于国内照明产业。目前国内的LED产业链包括三个部分：以外延片和芯片技术为代表的上游产业，以封装技术为代表的中游产业，和以LED应用产品为代表的下游产业。
记者来到了LED产业相对密集的长三角和珠三角地区，走访了江苏省南通市的同方半导体有限公司，一家专门从事外延片的和芯片生产的LED上游企业，由同方股份有限公司2010年投资30多亿元建立。记者来到同方的LED芯片生产车间，发现工人们都统一着白大褂、戴着口罩，因为只有在恒温、恒湿、无尘的环境下，这种白色的机器才能产出合格的LED芯片，而这种芯片是制作LED照明产品的最关键原材料，芯片的质量也直接决定着LED产品的质量。
同方半导体有限公司总经理詹润滋介绍道，“节能是通过在里边改变结构实现的，这就像我们做蛋糕，做的层次越多，我的工艺越复杂，它的发光效率会越高，实际上整个的核心技术都是在外延，包括我们的同行也是这样。”
目前，同方半导体公司拥有近60台这种被称作“MOCVD”的外延片、芯片生长设备，芯片年产量约200余万片，在国内芯片生产企业中处于领先地位。詹润资告诉记者，因为MOCVD设备全部依赖于进口，一台设备的单价更是高达250万美元，再加上会使用这种精密设备技术人员的稀缺，使得这种高投入、高技术要求的LED上游芯片生产成本居高不下。“国内市场目前——据我所知——我们(包括)同行所使用的技术团队，基本都来自于台湾地区。”
据记者了解，在LED产业链中，耗资巨大的上游外延片和芯片制造，通常也被认为是利润最高的一环，一度吸引了国内大批行业投资者。从2007年到2011年短短四年间，我国的MOCVD设备从50台成长到720台左右，到今年国内的MOCVD设备已经增加到近1000台。1998年我国仅有3家相关企业，而2011年国内芯片厂商已达近百家。
看起来这个产业一片大好，实际上却不是这样。“目前可以说叫群雄逐鹿，或者说非常乱，没有秩序。大规模投入，就造成了目前整个产品的混乱，市场的混乱，另外，应用还是在国家政策没有特别明朗之前，在应用端，尤其在照明段，终端照明市场，家庭照明，实证照明，上面没有太大的拉动，对这个产业来说目前还是在发展上，遇到一个很大的瓶颈。”詹润滋说道。的确如此。LED芯片企业急剧增多，造成了严重的人才紧缺和MOCVD设备过剩，从去年开始，LED芯片价格出现大幅下跌。在2010年的时候，詹润滋的原片可以卖到100美金，而现在的市场价格只有30美金了，但是成本包括资金投入、人员、成本都没有变，甚至还要高些。当行业无序的时候，造成了恶性的人员增加，这对企业发展是一个很大的负担。
不仅是同方半导体这样的led上游芯片企业，产业下游的LED产品制造企业也正在遭遇着类似的烦恼。国内家电生产商美的集团在2004年就开始进入到了LED照明的产业中来，它的商用灯具项目部部长段显春在LED照明领域里已经有十多年的时间。段显春告诉记者，最近这些年，来抢食LED的人可谓形形色色，有做物流的，做轮胎的，甚至经营小卖部的都盲目地挤进来做LED。很多原来做五金的企业，从上游采购回来LED灯珠，经过简单组装，摇身一变也成为了LED企业。
段显春认为，目前中国LED行业的现状有两个特点：其一，企业多，但是盈利的企业不多。其二，投入研发比较少，技术跟国际上知名的企业还有差距。“真正的投入研发的确实不多，大家都是在照明应用方面花了很多的精力，在研发方面投入相对比较少。”
令人诧异的是，LED这种高科技的照明产品，很多都出自于一些小工厂，几把电烙铁，一堆LED灯具
零件，就可以生产出LED灯具。正是这样的作坊式的LED企业，生产出非常便宜但质量低劣的产品充斥着市场。低价劣质LED产品不仅扰乱了市场价格，而且使得消费者对于LED产品的信任度大打折扣，导致恶性循环。同样的一个产品，有的5块钱，10块钱，有的就能卖到50、100元。低价的产品品质肯定不会很好，当它流向市场以后，消费者把这些产品买回家，发现并不好用，就会觉得是LED产品不好，影响了消费者的购买积极性。
在段显春眼里，目前的LED产业是鱼龙混杂，而在LED产业密集的广东，持这种观点的业内人士很多，吴文锋就是其中一位。
广东亚一照明科技有限公司总裁吴文锋用了八个字来形容产业现状：乱七八糟、一塌糊涂。在产业发展之初，很多人都看好这个产业，各行各业、各方面的资金、各方面的人才都涌进来，LED产业在很短的时间内就膨胀得很厉害，但实际上LED产业出现了两个情况：产业很热，市场很冷，因此业内企业承受着非常大的压力。市场上已经出现了恶性竞争、价格竞争，而产品的标准、规格迟迟没有统一。“样子一样但价格差异很大”这样的情况屡见不鲜，形成了一种恶性竞争、混乱竞争的状况。
LED产业这种恶性竞争，大打价格战使得很多的LED企业无利可图。再加上今年出口形势严峻，企业没有核心技术，靠买别人的核心技术，成本大大增加，很多LED企业举步维艰。
“这次我们广州刚刚结束了一个光亚照明展，全中国做LED产业的企业基本上都参加了这次展会，在展会结束的时候，主办方邀请了前100名的中国做LED的企业参加了一个答谢晚宴，主持人开了一个玩笑，说做LED的老板都这么瘦，大家就哄堂大笑。”吴文锋讲述了这样一个看似笑话的故事，但这的确反映出了产业的现状：在这个投入大、赚钱少的领域，大家都吃不好、睡不好。
在能源紧缺的大背景下，节约用电成为世界各国共识。无论是欧美等发达国家，还是日韩等周边国家，都制定了白炽灯退出市场的时间表，我国也不例外。这意味着，我国上千亿元的照明市场蛋糕正等待瓜分，同时由于政府的扶持补贴政策，LED照明行业犹如注射了一针兴奋剂，不失时机地加入了这场狂欢。同时，在这个需要高额投资的高科技产业中，由于有了资本的疯狂追逐，使得产能在短时间内迅速膨胀，膨胀的结果带来了恶性竞争，也让这个市场变得良莠不齐。在民用市场还没有认识这个市场以前，已经出现了行业洗牌的残酷景象。
从2009年开始，国内一度掀起LED产业的投资热潮，其中70%的资金投入到了门槛较低的中游下游的封装和应用领域，根据高工LED产业研究所的数据显示，2010年全国下游LED照明应用领域投资总额为230亿，而2011年应用领域的投资额高达400亿。但是从今年初开始，LED产业投资开始出现了大幅下滑。中国电子企业协会会长董云庭告诉记者，今年一季度只有100多个亿，同比下滑60%。
事实上，由于出口下滑、缺少核心技术导致利润减少、产业无序竞争等种种问题的存在，从去年开始，国内中小LED企业频频倒闭——截至去年底，仅深圳一市，倒闭的LED照明企业就超过80家，广东佛山，2011年中亦有将近一成的LED照明企业倒闭，东莞、中山的LED照明企业也深陷倒闭寒潮。
面对这个问题，董云庭给出了回答。“我们中游的企业有一百多家倒闭的，这个下游企业有300多家企业倒闭的。为什么?从产业链，从价格链这个角度讲，利润主要集中在上游，上游占了70%左右，中游也是封装了10%到20%，应用也是10%到20%，我们始终是在价值链的低端，一般你这个同质化竞争有了以后，价格就明显下降，利润就不断地下滑。那么企业就难以为继了。”
LED产业由热转冷，阵痛不可避免，而且这种行业调整洗牌对于整个LED产业来说也并非坏事。由于整个产业的混乱和企业实力较弱，已经导致了这两年倒闭了一批企业，也有一批新的企业进入，达到了一个“洗牌”的效果。通过洗牌，实际上完成了整合并购重组，产业随之就会慢慢走上规范的路。
同方股份有限公司副总裁王良海也有自己的看法。他认为尽管目前整个LED产业面临产能过剩、同质化竞争严重等困境，但真正技术过硬、品牌竞争力强的LED照明企业并不多，市场潜力依然巨大。
中国是照明的生产大国，但是中国不是品牌的大国，中国大量的照明的产品都是为别人做贴牌生产。传统照明向LED照明转化的过程为很多企业提供了一个让自己转型为品牌企业的机会，同方也希望能抓住这个机会。
同方依托清华大学顶级光源研发专家团队的技术力量，在消化吸收国际先进技术的基础上，通过自主
开发、研究、引进等，拥有了与国际接轨的技术力量。如今，同方已形成了LED外延片、芯片制造及终端产品的生产和应用、到商业及城市景观照明完整的产业链和规模化生产，下一步就是让技术水平能够真正地跟国际水平接轨，推出的LED芯片的产品能够达到国际一流的水平。
目前，同方公司已在北京、沈阳、广州、深圳设立四大产品设计中心，并计划两年内完成华南、华东、西南地区三大LED照明光源生产基地建设，实现年产LED照明光源3000万件和LED电视背光模组500万件，并实现产品的封装，年产值超过50亿元。目前同方的技术水平比较接近国际水平，不仅在南通建立了一个制造基地，还建立了一个研发的基地，这个研发基地在中国是投入最大的。
王良海认为，因为核心技术依然掌握在发达国家，人才和技术依然是国内上游LED产业发展最大的短板，而下游LED产品，也因为价格偏高和市场的恶性竞争，严重阻碍了产品的应用推广。同方正在尝试一种国际上比较流行的市场推广模式，将LED终端产品推向市场。由于生产规模不大，成本自然会高一些，但通过采用EMC的模式，大量用在这种商业照明和办公照明上，节能效果还是很明显的。
国美电器集团门店经营技术发展中心总经理刘飞给记者算了一笔账，他们全国有1700多家门店，需要更换200万只LED灯，更换费用高达4亿元。但如果采取EMC的模式的话，前期的灯管及施工改造全部由同方负责，他们前期不用花一分钱。这种模式就相当于分期付款，把节约下来的电费中的一部分钱，让两个企业去分，刘飞付给工厂采购钱是按照月份和按照年份去推行的，成本支付完毕后项目结束，最终双方都能达到利益最大化。
刘飞告诉记者，从今年开始，他们将和同方合作，陆续将全国1700多家门店的照明全部换成同方的LED灯，争取在今年年底之前，能完成大部分店面的这个节能灯具的改造。
数据显示，2011年国内LED照明等应用领域的整体规模为1210亿元，整体增长率达到34.44%，是LED产业链增长最快的环节。根据我国去年发布的淘汰白炽灯路线图，自今年10月1日起将禁止销售和进口100瓦及以上普通照明用白炽灯，白炽灯将从今年起逐步退出历史舞台，取代现有白炽灯所形成的市场规模将超过千亿元。根据我国《半导体照明科技发展“十二五”专项规划》，到2015年，我国LED照明产业规模将达到5000亿元，LED照明产品将占通用照明的30%。王良海表示，今年LED照明的应用与去年相比，成长很快，中国很有可能是除日本以外，全球范围内成长最快的一个区域。
中国电子企业协会会长董云庭认为，LED产业未来的发展前景不容置疑，但是面对LED产业布局不合理、同质化恶性竞争等问题，除了允许市场的自由洗牌，政府也应当进行适当的引导和鼓励，促进LED产业的良性发展。“我觉得还是要有一个统一的规划，要重新布局，要整合，要重组。第二，我觉得应该出台相应的产业(支持)政策，正因为有发展的前景，所以我觉得政府应该从资金的支持上加大支持力度，通过补贴的方式，就像过去两年家电补贴一样。这样可能会比较快地把这个产业带动起来。”
【半小时观察】：
一个前途无量的节能产品，由于政策扶持，在短时间内就出现了资本聚集、扩张产能、良莠不齐等诸多问题。在缺乏核心技术的背景下，简单扩张的价格战模式无异于自相残杀。尽管这样的行业洗牌最终也会沙里淘金，优胜劣汰，但是这个过程将对行业带来资源和资本上的双重浪费，更重要的是，在价格战的恶性循环下，企业自主创新的能动性将会大打折扣，这将使这个高科技产业始终深陷仰别人鼻息的危险境地。我们希望LED照明尽快完成行业洗牌，让优质企业为社会提供优质产品，同时我们也希望这个行业的准入标准能尽快完成，有制度才能有秩序，有秩序才会有发展。
大功率LED照明产品 篇6
前言
LED技术的不断发展，LED照明应用产品节能、环保、寿命长等优点被市场广泛认可，消费者接受度越来越高。随着LED市场的发展其竞争也非常激烈，价格战在冲击市场，一些厂家试图寻求通过在产品技术研发、材料成本、制造工艺等方面的改进提升来进一步降低生产成本，以求得更大利润，但产品如果在设计开发、材料选用、生产制程上控制不好则产品质量不过关的问题就有可能发生。今年3.15消费者日有媒体公布国家质检机构在抽查市场流通的LED照明质量时发现部分LED灯具的结构、接地电阻测试、防触电保护、耐压测试、功率等方面存在缺陷，抽检中发现包含一些著名厂商的产品也存在一些质量问题。部分厂家为减少损失，保护企业形象不得不召回流通在市场上存在隐患的产品。
通过一些实际问题的案例分析，接地电阻测试、耐压测试、功率不足等LED照明产品的质量问题可以通过在生产制程中加入例行检验的措施来排除或删选出来，确保不合格的产品不会流入市场。接地电阻测试、耐压测试不合格问题是指产品的安全性能不符合要求，功率不足问题是产品的技术参数不符合其标示的要求。
什么是例行检验？《强制性產品认证实施规格》中描述例行检验是指为剔除生产过程中偶然性因素造成的不合格，通常在生产的最终阶段对产品进行100%检验。定义中明确解释了例行检验的目的以及要求，指出是对最终阶段的产品100%的检验，确保产品100%符合检验的要求。例行检验适用于三个条件：1.检验是非破坏性的；2.检验费用低；3.检验项目与产品的关键特性、重要特征有关。
根据结构设计、安装要求，在安全性能方面有0、Ⅱ、Ⅲ类灯具，不同的使用环境有室内使用灯具、户外使用灯具，其质量控制的要求也不尽相同，由此可见哪些项目需要列入例行检验项目保证产品质量至关重要。要考虑根据具体产品对照相应的标准、行规、现场生产条件、工序排配、工厂质量保证能力以及特殊要求与之对应的检验内容和规程，如室内照明用的球泡灯的功能性测试、介电强度测试，户外照明用的路灯的接地电阻测试、功能性测试、IP防护等级测试项目需要制定相应的检验规范。
随着各国制定LED照明产品的标准、规范越来越完善，制造厂商在面对不同的市场（国内或海外）需求时其销售的产品要满足当地标准规范的要求，比如欧盟的CE认证、美国的UL认证、日本的PSE认证，这些都需要第三方对相关产品的认证认可。已通过认证的产品在实际生产中需要对关键元器件、例行检验制定规范，特别是中国强制性产品认证（CCC）和自愿标识认证（CQC）中有明确对例行检验的规范，并对一些照明产品提出了具体要求。各个国家的标准要求不尽一致，且已制定的标准也会不断更新发布，这就使制造厂商在生产LED灯具时面对不同产品时如何保证产品质量和一致性提出了难题，制造厂商要根据各标准归纳总结制定适用企业内部使用的标准，确保例行检验能够在实际作业时标准明确、一致。
例行检验要融合到实际生产工序操作中。例行检验要保证生产中的产品不会出现漏测、重测等问题，还要确保经过测试后的产品满足品质要求。检验的过程是要增加的人员、设备，这可能会增加了成本，在生产中要注重例行检验与流水作业的平衡性，尽量减少作业工序、可通过开发简易治具将多种工序合一的方式降低作业难度，不使检验工序成为瓶颈工位。如下一图所示，可以将路灯的接地电阻试验、绝缘电阻试验、泄露电流测试通过开发“三合一”简易治具简化测试工艺流程，减少路灯搬运动作，提升生产效率；如下二图所示，可以将LED日光管的功率、功率因素检测与耐压测试强度通过开发“二合一”简易治具简化测试工艺流程，减少作业时间，提升效率，保证品质；也可以允许通过验证后确定的等效、快速方法进行测试。
例行检验要做好设备运行检查。例行检验的内容涉及产品的关键特性或重要特征，其对仪器设备也提出了一定的要求，特别是在日常生产作业过程中，对仪器设备的管理非常重要，要制定和做好仪器设备运行检查尤为重要。
（1图所示，将路灯的接地电阻测试、绝缘电阻测试、泄露电流测试合为一个测试，减少作业工序，取消路灯要做不同的测试而多余的搬迁动作，效率明显提升）
（2图所示，将日光管的功能性测试与耐压的接地电阻测试、绝缘电阻测试、泄露电流测试合为一个测试，减少作业工序，取消路灯要做不同的测试而多余的搬迁动作，效率明显提升）
结语
大功率LED照明产品 篇7
随着全社会对节能减排要求的日益强烈, 使得LED照明的应用如火如荼, 相对于传统的照明, 不仅获得了显著的节能效果, 还提供了更加环保的照明环境和优良的照明品质。
与小功率的LED照明相比, 新一代的大功率LED照明具有技术要求高、功率大和发热量高等截然不同的特性, 特别是对使用中LED光源散热的要求也更加严格, 需要进行专门的研究和设计。为此, 文中在一般介绍LED照明的热传导过程、散热要求、材料选择及技术方案等基础上, 依据大功率LED照明自身的发热特点, 结合具体的应用实际, 重点研究了相应的散热设计, 提出了所存在的问题。
1 大功率LED照明的散热设计
相对于传统的照明而言, 大功率LED照明的散热至关重要, 关系到电参数、光效、光色、寿命及可靠性等诸多方面, 因此需要非常严格地进行大功率LED照明的散热设计, 不能有丝毫的马虎。
1.1 LED照明的散热及要求
(1) 从LED照明的原理及基本特性来看, 其热的产生及散发的过程主要为[1]:
热源 (LED光源) —成品化的LED光源即是发热源, 其输入电功率中的约70%将变成为热而散发出来。从其基本架构来看, 可以表述为一源两面:一源即为LED光源, 提供照明所需要的光输出;两面分别对应为出光面和出热 (发热) 面。
导热/均热器件—导热/均热一般由MCPCB板中的金属部分 (主要为铝材) 担任, 被称为“一次器件”, 主要的功能是将LED光源中的热导出来, 并且将各个热点的热量进行均匀化, 提高总体的散热效率。
散热器件—中、大功率LED照明的散热主要利用金属材料 (铝材) , 被称为“二次器件”。采用专门的工艺:如挤压、压铸、锻造、表面涂覆等方式制造, 使得热量最终通过空气的对流作用而散发掉。此外, 对于超大功率的LED照明还可以采用散热能力更强的热管散热器。
实际中, 导热/均热、散热器件的选材当然是热传导系数越高越好, 但同时还需要兼顾到材料的机械性能、价格及后加工工艺[2]。通过综合比较, 作为地壳中含量最高的金属铝, 因热传导系数较高 (237W/m·K) 、密度小、价格低而受到青睐, 成为制造散热器件的主流材料, 成为了理想的选择, 并且在应用中通常会制成铝合金, 以提高机械性能。
(2) 目前, 采用铝材进行散热器件加工的工艺主要有[3]:
压铸—散热器件的导热系数为96 W/m·K, 特点是加工成本低, 但翅片厚, 散热表面积小。
车铝—散热器件的导热系数为180 W/m·K, 特点是翅片薄, 散热效果好, 但加工成本高, 产量低。
冷锻 (挤压) —散热器件的导热系数为226 W/m·K, 特点是散热性能好, 节约原材料, 适合大量生产, 但无法加工外形复杂的散热器件。
(3) 具体应用到大功率LED照明上, 散热器件应满足三个基本的要求[4]:
导热/均热好—散热器件的整体热阻就是由与LED模块的接触面开始逐层累计而来, 吸热面内部的热传导阻抗是其中不可忽视的一部分。其与LED模块间热阻小, 就可以迅速地吸收其产生的热量, 并将吸收的热量有效地传导到尽量多的翅片上。
整体热阻小—为了提升吸热能力, 希望散热器件与LED模块紧密结合, 不留任何空隙。实际上吸热面与LED模块之间必然存在一定的空隙, 应采用具有较低热阻及较佳适应性的材料填充其中的空隙, 即LED光源安装时采用高效的导热膏, 能够有效地减少接触的热阻[5], 以达到最佳的散热效果。
热量快速传导—散热器件的吸热面和散热翅片加工成牢固的整体, 能够将吸收的LED热量迅速地传导到翅片部分。翅片的间隙与气流方向要保持一致, 才不会因气流而形成涡流而造成热气的滞留, 进而以最快的速度将热量散发掉。
1.2 大功率LED照明翅片散热的设计
大功率LED照明的散热就要求在遵循基本热学规律的基础上, 精心设计, 以求获得最好的散热特性和最佳的散热效果。
(1) 翅片散热设计的一般原理与架构:
如图1 所示, 给出了LED能量的输入、输出流动示意图。
言简之, LED光源具有3 个能量端口。左侧为输入端口, 接收电功率P (=IV) 到LED光源上, 其输出端口为上和下的2 个面, 分别为热和光输出面。光是照明所需要的主要成分, 约占总能量的30%, 由出光面获得光输出;热是不需要, 但必须要由其出热面导出、并耗散掉的次要部分, 约占总能量的70%, 因此LED的散热设计就是针对这部分来进行的。
目前从大量的应用实际来看, 大功率LED照明的散热设计主要以固态静止的、与空气进行热交换的形式多样的翅片类散热器件为主[6]。依据散热器件与LED光源的安装形式及相对位置, 主要的形式可以归纳为:背负式、覆盖式、分散/组合式、嵌入式、周边式等, 并且在外观及防护上主要有直接裸露 (一般通用) 和内置 (常用于室外照明, 考虑到减少风阻和防止散热器件的污染) , 如图2 所示。
1) 图2 中的 (a) 为背负式散热器件的剖面示意, 常用于单颗大功率LED阵列光源, 特点是散热器件的吸热底座紧贴于LED光源的出热面上, 散热翅片竖向尺寸不超过散热底座的尺寸范围, 具有构造简单、加工方便和灵活实用等特点。
2) 图2 中的 (b) 为覆盖式散热器件的剖面示意, 同样常用于单颗大功率LED阵列光源, 特点是散热翅片的竖向尺寸超过散热底座的尺寸范围, 对LED光源形成一种覆盖的态势, 具有空间利用率高、翅片面积大及散热效果好等特点。
3) 图2 中的 (c) 为分散/组合式散热器件的剖面示意, 常用于集成封装大功率LED点光源, 特点是将单一的大的散热器件分散为多个均匀分布的小的散热器件, 中间留有适当的空气散热通道, 一般与LED光源模组配合, 具有热点分散、组合方便及散热效果好等特点。
4) 图2 中的 (d) 为嵌入式散热器件的剖面示意, 常用于集成封装大功率LED点光源, 特点是散热器件的本身就是灯具的外形和机械固定部分, LED光源 (模组) 就像珍珠一样嵌于其中, 具有外形轻薄、散热面积巨大、使用灵活及式样新颖等特点。
5) 图2 中的 (e) 为周边式散热器件的径向剖面示意, 常用于单颗大功率LED阵列光源, 特点是散热器件为成品的铝型材, 通用性好, LED光源均布在散热器件的周围, 具有构造简单、热点分散、散热高效及全周出光等特点。
(2) 大功率LED照明翅片散热的应用
在 (1) 中归纳了五种具有典型代表的大功率LED照明的散热形式。在具体的散热设计中, 主要依据相关现场状况、加工工艺、整体成本等制约条件, 再结合仿真技术来合理设计, 并在实施中采取了适当的变化形式, 主要表现为将外壳、机械防护结构合为一体, 或者将反光罩与散热结构合为一体等形式[7]。
1) LED球泡灯翅片散热应用
如图3 所示, 给出了大功率LED球泡灯翅片散热的实例, 从左至右分别为:背负式 (a) 、覆盖式 (b) 和周边式 (c) 。
图3 中的 (a) 散热器件为背负式。其吸热底座通过机械紧固作用, 紧紧贴合于LED光源的出热面上, 通过传导作用将热量吸收、均匀并传导到与之连为一体的散热翅片上, 再通过翅片的对流和辐射作用将热量散发到空气中去。需要强调的是:当球泡灯的安装位置为垂直时, 翅片的方向与气流方向一致, 散热效果良好;安装位置为非垂直时, 翅片的方向与气流方向不一致, 形成紊流, 使得整个散热器件上的温度分布不均匀, 影响散热效果, 故在翅片上开有大量的散热通孔, 让空气的流动相对顺畅[8], 以提高整体的散热效率。
图3 中的 (b) 散热器件为覆盖式。在设计时将散热翅片的长度加大, 延伸到超过LED光源的出光平面, 形成圆周状的覆盖态势。这样做的优势:一是充分利用了LED光源的非出光空间来尽可能的增大了散热翅片的有效面积;二是在同样散热面积的情况下能够减小整体的体积。在安装位置为非垂直时, 利用翅片间较大距离来减少由于紊流的产生对散热效果的影响, 确保整体的散热效率。
图3 中的 (c) 散热器件为周边式。其采用成品的铝型材来作为散热器件, 成本相对较低, 长度可以根据功率的大小灵活选取。为了获得较好的散热效果和全周的光输出, LED光源均布在散热器件的圆周上, 使得各发热点的热量分布均匀, 并且沿圆周分布的每组散热单元间还留有较大的空气通道, 有利于球泡灯在安装位置为非垂直时的散热, 提高了整体的散热效率。
2) LED工矿灯翅片散热应用
大功率LED工矿灯安装位置以垂直为主, 如图4所示给出了翅片散热的实例, 从左至右可分为:背负式 (a) 、覆盖式 (b) 、分散/组合式 (c) 和 (d) 、嵌入式 (e) 。
图4 中的 (a) 散热器件为背负式。其吸热底座紧紧贴合于LED光源的散热面上, 通过传导作用将热量吸收、均匀并导到与之连为一体的散热翅片上。散热器件翅片的方向与空气流动的方向一致且与灯罩及驱动电源盒之间留有较大的空间 (架空) , 有利于散热时空气快速顺畅的流动, 可以获得良好的散热效果。
图4 中的 (b) 散热器件为覆盖式。设计时将散热器件的吸热底座与反光罩合为一体, 形成圆周的覆盖状。首先散热翅片同步延伸, 方向与空气流动方向一致, 其次翅片呈圆周分布, 使得散热面最大。这样设计的优势:一是灯的外观扁平、体积小巧、轻盈别致;二是整体的散热面积尽可能的增大了, 可以明显地提高整体的散热效率。
图4 中的 (c) 和 (d) 散热器件为分散/组合式。其中 (c) 为分散式, 一般与集成封装的LED光源相匹配, 每个光源对应一个散热器件, 形成一体化组件; (d) 为组合式, 将多个较小的散热器件通过组合均布在均热平面上以形成大的散热器组件。分散/组合式的优势主要为:各发热点的热量均匀分布于灯体上, 有利于散热, 并且可以采用体积较小的散热器件, 具有加工简单、成本较低、方便灵活以及便于维护等特点。
图4 中的 (e) 散热器件为嵌入式。集成封装的LED光源像珍珠一样镶嵌在巨大的散热器件中间, 而散热器件本身就是灯具的外形和机械/防护结构。如此一来, 通过相互交叉的网格状翅片结构, 可以在灯具体积一定的情况下获得最大的散热面积, 具有散热效果良好、外观新颖别致、体积小巧轻薄等特点。
3) LED泛光/投光灯翅片散热应用:
大功率LED泛光灯和投光灯的主要区别在于对出光的要求不同, 其他的基本类似。由于在使用中安装的位置及方向多变, 散热器件翅片的设计就要考虑周到, 需要考虑几乎任意方向使用散热时空气流动的情况, 因此技术上尽可能采用大的散热面积。外形通常采用较为秀气扁平状, 且散热翅片较厚、较大, 相互间的距离较大, 有的还采用镂空的设计, 以提高翅片与空气进行热交换的能力。如图5 所示, 分别选取了背负式 (a) 、覆盖式 (b) 、分散式 (c) 、嵌入式 (d) 计四种形式的散热设计, 其具体的特性与上述2) 中LED工矿灯的散热相类似, 可以进行参照, 在此不再赘述。
4) LED道路灯翅片散热应用:
道路照明的优劣直接关系到夜间机动车行车以及行人的安全。由于大功率LED道路灯的使用环境恶劣、条件严酷, 且灯体的发热大, 安装位置高, 高空检修难, 加上常年室外的日晒雨淋、灰尘鸟粪等都要影响到散热的效果, 因此散热设计非常重要。
如图6 所示, 给出了大功率LED道路灯翅片散热的实例, 主要分为:背负式 (a) 、覆盖式 (b) 、分散式 (c) 、嵌入式 (d) 。
图6 中的 (a) 散热器件为背负式。其采用单颗大型太阳花类的散热设计, 翅片宽大, 相互之间的距离也较大。散热器件的吸热底座紧紧贴合于LED光源 (模组) , 将热量吸收、均匀并传导到与之连为一体的散热翅片上, 再利用道路上空强大的空气对流作用, 将LED的高热散发掉。裸露结构的优势:一是提高了散热效果;二是可以利用雨水的作用来冲刷散热翅片上的灰尘和污物, 使得散热器件的性能长期稳定。
图6 中的 (b) 散热器件为覆盖式, 翅片方向与道路方向相一致。散热翅片的面积大可充分利用道路上方的空气流动来提高散热的效果;翅片的间距大可以减少风阻, 有利于提高雨水对污物的冲刷效果。如此综合, 就能够稳定散热性能和明显提高整体的散热效率。
图6 中 (c) 的散热器件为分散式。散热器件与集成封装的LED光源形成一体化结构。将多个散热器件并列后均布在安装平面上, 再加上其他部件就能够组成大功率的照明, 并且还可以形成由小到大的系列照明。分散式散热器件的优点:一是整个照明的热量均匀分布, 对散热有利;二是可以采用单个体积较小的散热器件, 方便灵活, 也便于生产和维护。
图6 中的 (d) 散热器件为嵌入式, 散热器件本身就是灯具的外形和机械/防护结构。3 颗集成封装的大功率LED光源 (模组) 像珍珠一样镶嵌在巨大的散热器件中间。散热翅片采用相互交叉的通透结构, 总体表面积很大, 有利于空气的顺畅流动和雨水对污物的冲刷, 也能减少风阻。这样, 既保证了灯具体积小巧和外观新颖别致的要求, 又可以获得良好的散热效果。
2 结束语
随着社会经济的快速发展, 大功率LED照明的各种应用条件特别是在工业、商业等公共领域的应用条件均已成熟。基于LED光源自身对热的高度敏感特性, 大功率LED照明的散热设计尤为重要, 其直接关系到应用前景的深度和广度。目前市场化的大功率LED照明的散热虽然种类繁多、特性不一, 但还是以翅片类的散热器为主。由于各厂家在散热理念、工艺条件和加工技术等的差异, 往往造成在具体的散热设计、应用上存在着许多不合理方面, 还有待于进一步优化和提升。其中可见的途径就是, 利用新技术和新材料来达到大功率LED照明散热的高效能、小体积和轻量化, 以及采用可再生的非金属材料来替代宝贵的有色金属, 降低加工过程中的碳排放等。
参考文献
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关于高功率LED路灯照明分析 篇8
1 高功率LED路灯的优点
高效节能的效果[1]:由于传统的照明灯的光效非常低, 照明灯的耗电量也很巨大, 并且在照明光线中有大量的紫外线等辐射, 高功率的LED路灯在通常情况下, 都能顺利的把电能转化成热能。LED的光能大多都集中在可见光区域, 光的效率高达80%。LED灯的使用寿命长, 因为LED灯是一种固体冷光源, 具有抵抗震动的良好效果。如果灯体内不出现松动, 就不会存在普通的灯丝发光发热的现象, LED灯的寿命为10万个小时, 路灯的寿命是普通光源的寿命的10倍以上。由于LED灯的使用寿命长, 经久耐用, 因此就能从根本上减少LED灯的维护费用, 才能起到降低成本的效果。LED等还具有绿色环保的重要作用, 现在在社会中广泛使用到的各种荧光灯等光源中, 都具有严重危害到人类身心健康的汞类物质, 这种物质在发光的过程中, 就会对人类的健康状况造成一定的危害。但是LED灯的无辐射优点, 使灯在使用的过程中不容易产生有害的物质, 并且在LED的光谱中由于没有紫外线的干扰, 产生的废弃物更方便回收, 不易产生污染。LED灯中由于不含有大量的汞元素, 完全可以进行安全的触摸, 属于一种绿色的能源。LED灯的光效也很高, 大部分LED灯都能从热能转化成电能, 随着现在LED技术的快速发展, 各个地区都在加快对LED光效的研究速度, 因此, 在未来几年[2], LED灯的光效远远会超过其他任何一种照明灯的光效。LED灯的光色很纯正, 由于传统的照明灯中的光源的光谱普遍都很宽, 由于LED把发光方向对准了整个空间, 这个空间内并不利于光线的快速传播。但是LED灯作为一种分立的光谱, 色彩很丰富鲜艳, 多样化的色彩选择一种最适宜的配光, 并且LED灯的发光的大部分都集中在光源的中心位置, 能够有效的控制好LED灯的光源, 从而相对的节省灯的制造成本。
2 高功率LED路灯中普遍存在的问题
目前, 高功率LED路灯的照明系统中的光源条件并不理想。高功率的LED照明灯在理论上, 使用寿命为6万个小时。但是灯光在实际的运用中, 由于内部的驱动电源的设计方式处理的不够恰当, 导致LED灯出现忽明忽暗的状况, 易引起LED灯的严重损坏。很多厂家在生产LED灯的时候, 一般都会采用降压的方式, 向LED灯持续供电, 这种做法将会导致LED灯的使用效率非常低下, 现在在我国有很多驱动电源的功率, 数字都普遍偏低。同时, 在LED灯光的配光层面, 很多配光的方式都沿用的是传统的抛光方法, 抛光法给LED照明灯带来了巨大的困扰。例如灯具的体积过于庞大, 就很容易影响到其外观。由于传统的方法忽略了LED灯的光学特征, 因此导致LED灯在完成配光之后, 光的使用效率普遍低下。为了解决好LED灯的使用效率问题, 只能从LED灯自身的结构出发, 找到一种完全能够满足LED灯的照明要求, 并且能对LED灯的配光特点作出进一步的说明。散热是LED灯要解决的一个重点问题, 因为LED灯是一种冷光源, 并不能像白炽灯一样, 产生出较高的热量, 由于高功率的LED路灯的耐温能力并不强, 因此LED路灯并不能在高温状态下, 运行良好。并且LED灯的发光的效率也会随着灯内芯片温度的上升, 而不断的降低, 因此LED灯的散热功能成为一个组重要的因素。在其运行过程中, 要把LED灯在工作状态产生 (下转第39页) (上接第37页) 出的热量, 全部都散发到空气当中, 从而保证LED灯在相对安全的环境之下, 发挥出最佳的效果, 只有这样才能体现出LED灯的优势。
3 高功率LED路灯的研究成果
由于高功率的LED路灯的照明系统是一个全新的领域, 因此要规定出严格的标准, 实现好LED灯的标准化过程。尤其是在当今市场上, 存在着大量的信息, 更容易引起消费者们的误解。高功率的LED路灯面临着激烈的竞争, 为了促进高功率的LED路灯的快速发展, 应该积极制定与照明系统相关的标准。
3.1 进一步降低生产成本
高功率LED灯光的照明系统一定要考虑周全成本问题, 尤其是在家居环境中, 使用高功率的照明灯。但是现在在市场上的各种照明灯的价格, 仍然不能令人感到满意。因此, 优化LED灯光的设计方案, 全面降低灯光的光源价格, 就会从总体上降低LED灯光的整体价格, 最终达到普通群众接受的程度。
3.2 提高LED灯的光效
在通常情况下, 灯光的颜色是室内照明系统的最优选择。选择暖白色的灯光, 更容易使整个家居环境显得更加温暖和整洁。色彩明亮的LED路灯, 更加适合在办公室内进行照明。传统的高功率的LED灯具的组装过程, 都并不复杂。但是高功率的LED路灯的照明系统中, 含有各种各样的系统元件, 组装过程虽然复杂, 但是却能从整体上延长LED灯光的使用寿命, 提高LED灯光系统的可靠程度。
3.3 LED灯光的可靠性能
随着我国的LED技术的快速发展, LED作为一种光源的器件, 涌现出了各种不同类型的产品, 包括LED平板电视, LED手机等。LED灯广泛的应用到各种照明领域当中, 这个领域的覆盖面很广泛, 包括景区的照明系统、汽车市场的照明、道路交通的照明系统等。同时, 无论是利用哪种光源, 都避免不了要处理LED路灯的散热问题。因为照明灯的散热问题受到人们的普遍关注, LED灯的工作温度与灯光的使用寿命有着密切的关系, LED灯作为一种全新的能源, 在把电能转化成光能的同时, 还需要把部分电能转化成热能。
4 结束语
城市中路灯的主要作用是方便车辆的正常行驶, 保障好道路交通的安全性, 当然, 更要从节约电能的角度出发, 促进LED灯光的健康发展, 构建能源节约型社会。
摘要：LED路灯在照明系统中, 具有众多的优点, 节约能源、环保性能好、体积小方便调控等。因此, 作为一种新型技术, 在社会上被广泛应用。目前, 高功率LED照明灯已成为此项技术的主要发展方向, 对技术标准要求也越来越高。本文结合高功率LED路灯的特点进行分析, 介绍了目前其存在的问题, 并提出了研究成果的优化建议。
关键词：高功率,LED路灯,照明
参考文献
[1]王占庆.城市道路照明设计标准[J].中国建筑工业, 2012, (7) :46-47.
大功率LED照明产品 篇9
当下, 城镇化模式发展迅速, 电子信息行业得到了有效发展, 在这种情形下, 社会对照明技术的需求日益增大, 相对来说, LED产业是一种朝阳产品, 有着非常广阔的发展前景。可是, LED电源的功率因数却非常低下, 这也是制约LED照明技术有效推广的要素之一。在这种大背景下, 笔者制定了一种全新的电源设计方案, 该方案以大功率照明电源设计为契机, 以功率因数校正为理论基础。
一、PFC技术原理
对于传统的LED电源来说, 之所以功率因数比较低, 主要原因就是电流实施整流之后, 容易出现电流尖脉冲现象。假如不进行滤波处理, 单单以阻性负载的形式出现, 那么电流就以正弦波的形式出现, 而且还跟电压呈同相位联系, 即功率数值是本文涉及的功率因数校正技术就是研究把整流器和滤波器实施分离, 把容性负载转换成阻性负载。
二、基于PFC电路的大功率LED照明电源设计
2.1 电源主电路的基本原理。通过以上研究, 我们发现了如何提升电源的使用效率, 最大限度地控制谐波的影响。而电流系统当中又包含BOOST、PFC电路、Buck中的PWM直流交换电路、负载以及检查等。
对于PFC来说, 主要采用后延操控技术, 而PWM在运用前沿操控技术。在这种情况下, 上述两种电路的开关是联系在一起的, 两者之间的开、关呈现180 度相位差。而PFC线路中对CBST的需求量较大, 原因就是, PWM所需的能量来自CBST和LBST两个方向。
如果VT1 通电, 那么Us、 VT1 和电感器LBST就形成了一个闭合电路, LBST就能正常充电, VD1 就停止;而如果VT1 停止, 那么U s、 L BST、 VD1 及CBST就形成了一个有效回路, 那么, 之前的LBST就把储存的电能向CBST转换, 进而向其后的BUCK送点。
如果VT2 通电, 那么CBST、 VT2 和电感器LBK就形成了一个闭合电路, LBK就能正常充电, 并且给LED充电, VD2 就停止;而如果VT2 停止, 那么L BK、 VD2 就形成了一个有效回路, 给LED有效送电[2]。
2.2 PFC控制电路的设计。PFC的操作原理所运用的是闭环模式, 反馈网络会把变压器的电流导向电流误差放大器, 这样就能保证电流有效的进入指定位置, 然后按照一定的运算法则提供所需电流, 进而产生所需的电压。而在电源层面来看, 上述电压和电流属于同种波形, 仅仅在数量上有差别, 进而达到了功率校正的目的。
2.3 PWM控制电路的设计。PWM在实际应用的时候, 运用了电流平均程式。实际流过LED线路的i D会被分流在RD上, 进而出现一个u D电压, 这是可以控制的, 并且保证u D电压处于需要压力值当中, 这样就能最大限度的保证LED所需电流的稳定性。u D电压产生的误差可以通过GIEC来管控, 最后跟齿状载波进行对比分析, 即驱动力VT2。
三、结语
笔者对有源功率因数校正技术进行了研究分析, 其目的就是在提高功率因数功效的同时, 减少谐波对电流造成的影响。详细的步骤就是把整流桥跟DC /DC功率进行串联, 人后链接到BOOST变压器上面。最终得出一个结论:本研究具备比较高的功率因数以及效能, 而且还符合LED对电流的正常需求, 即350±150 m A电流技术要求。
摘要：本文论述了一种LED照明电源设计方案, 该方案以功率因数校正为理论基础。对校正电路中升压电感的设计进行了阐释。然后通过仿真实验就行证明, 结果显示, 该设计方案具备比较高的功率因数及功效, 本设计简单明了, 易于操作, 对于一些LED的特性以及连接模式来说, 效果较好。
关键词：照明,LED,功率因数校正,电源,仿真
参考文献
[1]林维明, 张冠生, 陈为, 等.应用高频开关变换器的有源功率因数校正控制方法的分析[J].低压电器, 2012 (5) 16-19
论LED照明产品价格差异 篇10
1LED光源的特点
(1) 电压:
LED使用低压电源, 供电电压在6-24V之间, 根据产品不同而异, 所以它是一个比使用高压电源更安全的电源, 特别适用于公共场所。
(2) 效能:
消耗能量较同光效的白炽灯减少80%。
(3) 适用性:
很小, 每个单元LED小片是3-5mm的正方形, 所以可以制备成各种形状的器件, 并且适合于易变的环境。
(4) 稳定性:
10万小时, 光衰为初始的50%。
(5) 响应时间:
其白炽灯的响应时间为毫秒级, LED灯的响应时间为纳秒级。
(6) 对环境污染:
无有害金属汞。
(7) 颜色:
改变电流可以变色, 发光二极管方便地通过化学修饰方法, 调整材料的能带结构和带隙, 实现红黄绿兰橙多色发光。
(8) 价格:
LED的价格比较昂贵, 较之于白炽灯, 几只LED的价格就可以与一只白炽灯的价格相当。
2LED发光二极管及晶片
目前有能力生产LED与LED灯饰的厂家还为数不多, 不同厂家选用不同品质的LED是造成LED灯饰价钱不同的重要原因。以红色LED为例, 一般用途的普通红色LED价钱在0.03-0.08元之间, 而适合生产LED灯饰的红色LED价钱在0.12-0.36之间, 更高品质的超过3.2元/只, 一般不生产LED发光管的LED灯饰厂家都很难区别, 何况消费者。所以, 选用自己生产LED发光二极管或拥有完善的LED检测设备的LED灯饰厂的产品更有保证。下面列明LED性能的基本面。
(1) 亮度:
LED的亮度不一样, 价格不一样。
(2) 抗静电能力:
抗静电能力强的LED, 寿命长, 因而价格高。通常抗静电大于700V的LED才能用于LED灯饰。
(3) 波长:
波长一致的LED, 颜色相同, 则价格高。没有LED分光分色仪的生产商基本不能生产色彩纯正的产品。
(4) 漏电电流:
LED是单向导电的发光体, 如果有反向电流, 则称为漏电, 漏电电流大的LED, 寿命短, 价格低。
(5) 发光角度:
用途不同的LED其发光角度不一样, 特殊的发光角度, 价格较高。
(6) 寿命:
不同品质的关键是寿命, 寿命由光衰决定。光衰小、寿命长, 寿命长, 价格高。
(7) 晶片:
LED的发光体为晶片, 不同的晶片, 价格差异很大。日本、美国的晶片价格较高, 一般中国台湾及大陆生产的晶片价格低于日、美。
(8) 晶片大小:
晶片的大小以边长表示, 大晶片LED的品质比小晶片的要好。价格同晶片大小成正比。
(9) 胶体:
普通的LED的胶体一般为环氧树脂, 加有抗紫外线及防火剂的LED价格较贵, 高品质的户外LED灯饰应抗紫外线及防火。
3LED灯饰的设计可靠性不同, 价格不同
每一种产品都会有不同的设计, 适用于不同的用途, LED灯饰的可靠性设计方面包含:电气安全、防火安全、适用环境安全、机械安全、健康安全、安全使用时间等因素。
从电气安全角度看, 应符合相关的国际、国家标准。由于LED是新产品, 中国国家标准滞后, 但国家提供产品合格测试。具有国际安全认证 (如GS、CE、UL等) 及国家产品质量合格证的LED灯饰价格要高, 因为这些产品在安全设计上是可靠的。消费者注意的是要认真鉴别证书的真伪, 现在有国际安全认证及国家产品合格证的厂家并不多。
从健康方面, 采用无毒材料设计的产品价格要高, 特别是室内LED灯饰, 千万别贪便宜选用有异味的LED灯饰, 目前仅少数几家LED厂家是用无毒材料生产, 辨别的方法可以直接用鼻子分别, 有臭味的产品比无臭味的价格更低很多。类似铅、汞、镉等毒素需专业人员分析。
从适用环境安全看, 有可靠的防尘防潮设计, 材料防火、防紫外线、防低温开裂的LED产品的价格高。
从安全使用时间看, 一般消费者要分别优劣是较困难的, 设计的可靠性、元器件选用优劣与否, 都与价格有很大关系。工程用灯具, 切勿选择价格低、品质劣的产品。例如选用电线不同, 价格都有差异。部分厂家采用拆机旧电子元件, 回收再生塑料、再生金属材料生产LED灯饰, 这些劣质LED灯饰价格比正常的LED灯饰价格便宜50%以上。
目前在中国大陆LED在技术上跟国外的差距已不是很大, 在芯片技术上也日趋成熟。综上所述, 在选用LED产品时, 应避免盲目选择, 需根据使用场所的要求选择价格适合, 且品质有保证的国外或国内品牌LED灯具。
参考文献
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大功率LED产品模块化的剖析 篇11
LED产品的性能伴随着半导体照明技术的快速发展得到了很大的提高,在工业、商业等相关领域得到了积极的推广,获得了大量的应用实践。通过对传统照明发展过程的总结和归纳可以得出,LED产品进一步发展的必由之路就是采用模块化,这已成为了业界的广泛共识。利用模块化的便利性、灵活性来获得LED产品整体成本的降低、生产规模的扩大、维修更换的方便,以及升级换代要求。目前国际上主要的LED产品公司都已经有了相应的产品问世并逐步投入使用,取得了良好的使用效果和广泛的市场认可,积累了丰富的实践经验。下面将对大功率LED产品模块化的特性进行剖析。
1 大功率 LED 产品模块化的剖析
功率型LED芯片的工作特性决定了大功率LED产品的模块化形式,目前主流的为采用集成化封装的单颗大功率LED芯片。较早的LED产品模块化是从单一功能模块开始的[1],具有结构简单、门槛较低的特点,与当时的技术条件有较好的契合;随着大功率LED产品的应用及范围的扩大,出现了将某两种功能合为一体的、具有复合功能的LED产品模块。其主要的构成形式有:将光源模块与散热模块结合在一起,形成具有独立散热功能的复合模块,并且这类复合模块还可以作为基本的功能单元进行组合,构成较大功率、大功率及超大功率的LED产品。从工业设计的角度出发,对于不同的用途,通过配合具有不同形式机械和防护结构来统领LED产品的整体,使其成为有机的一部分,形成千变万化、相互关联的产品序列[2,3,4]。
1.1 单一模块大功率 LED 产品
单一模块主要是在小功率LED模块化照明应用的基础上逐渐发展的,具体是因为大功率LED产品的价格高,对于使用过程的可维修性要求较高,且维修的价值也更大。单一模块特点是功能专一、特性明确、易于加工等,并逐渐成为一种趋势,在较早时期的照明产品上应用较广。此外,要使上述的单一模块结合起来,各模块间还需要配合相应的接口,并且为了适应不同照明场合对光的特性(光型、光色)和功率的不同要求,各模块接口均采用可以方便拆卸的结构。具体说明如下。
1.1.1 LED 模块化工矿灯
图1中表示的为单一模块大功率LED工矿灯,主要用于室内高大空间,安装位置高、维护较为困难,且自身功率大,使用时发热量大。依据国家相关的规范要求,对其整体特性有较高的要求,以确保满足光输出性能和长寿命。整个照明的构成模块主要为:散热模块、驱动模块、光源模块、外加结构/防护部分以及相应的接口,具体的技术手段主要是:
●散热模块——对于大功率LED工矿灯,一般采用的为体积较大、散热能力较强的金属散热模块,尤其以铝型材加工成形为主,散热鳍片密度大且面积大,具有热传导和对流的两大功能,且对外一般都做成具有统一接口的独立形式,以方便应用。为提高使用寿命还改善散热效果,表面需要采用防腐、黑化处理。有时为了应对特大功率LED工矿灯的高散热要求,还外加强制风扇或者采用热管等其他方式来强化效果,这样整体装置复杂,成本较高,因此实际的应用范围受限;
●驱动模块——大功率LED工矿灯的驱动电源采用独立的模块结构,对外具有统一的接口。具体的结构是将经过整体老化的恒流驱动电源灌封在铝合金壳体内,这样既绝缘又利于散热,对外引出市电交流输入、驱动输出接口,有的还带有相应的控制、保护等接口。大功率LED工矿灯驱动电路的形式主要为高频开关恒流源,具有有源或无源功率因数校正、多路恒流输出和完善的保护措施。依据现场用途的不同,LED驱动模块分为内置式和外置式两种配置方式;
●光源模块——大功率LED工矿灯光源模块的发光部分一般选用大功率LED器件,并根据所用光源的出光特性及对LED产品光输出的应用要求,采用外加透镜、反光罩、均光罩等控光、配光元件将大功率LED阵列或集成封装的LED单独配光后,再配上良好的导热底座等整体封装在一起,形成具有一定光输出特性,且具有统一接口的单一独立器件,对外相应的引出便于连接光、电及机械接口;
●电气/机械接口——大功率LED工矿灯的电气接口是共生于相应模块上的,主要为交流电输入、驱动模块输出及控制等与光源模块间的连接,具有统一的规格便于更换;机械接口是为完成各模块间的、结构间的连接而设置的,也与相应的模块共生。
1.1.2 LED 模块化路灯
图2中表示的为单一功能模块大功率LED路灯的示意[5]。国家标准对道路照明有强制性的要求,特别是对其光输出特性有较高的要求,以确保行车及行人的安全。在实际应用中,灯的安装空间广大、自身的功率大、室外露天使用的环境苛刻。整个大功率LED路灯的构成模块主要为:散热模块、驱动模块、光源模块;以及外加结构/防护部分和相应的接口。
●散热模块——由于室外工作条件的严酷性,大功率LED路灯均以采用较大体积的铸铝散热模块为主,散热鳍片较厚且密度大,以获得尽可能大的散热面积。此外,为提高在室外使用时应对风霜雨雪等自然条件的耐候性,以及对灰尘、鸟粪等表面覆盖物的自洁能力,以便于进一步优化路灯在使用时的散热效果,表面均需要采用防腐处理,以及采用提高灯体自洁能力的措施;
●驱动模块——大功率LED路灯的驱动电源为独立的块状结构,为满足IP65的强制要求和保证长期使用时的散热,将恒流驱动电源灌封在铝合金壳体内,对外引出市电交流输入、输出、控制等相应接口;
●光源模块——大功率LED路灯的发光部分早期以采用大功率单颗LED阵列封装在一起为主,后期采用集成封装的大功率LED模组[6,7]。LED光源与配光元件、导热底座等结合在一起,形成具有一定光输出特性的单一独立器件,对外引出相应的光、电及机械接口;
●接口及结构/防护——大功率LED路灯的机械接口为各模块间、结构件间的连接;电气接口为交流电输入、驱动模块输出与光源模块以及控制的连接。各接口均采用可以方便拆卸的结构,对于不同的照明场合要求,在接口统一的前提下,可以通过相应配套模块的调整来改变灯的性能参数,配合不同的装饰外罩就可以形成具有不同特性的道路照明灯具,同时也方便维修时各模块的更换。
1.2 复合模块的大功率 LED 产品
复合模块是单一模块发展到较高阶段的必然。无论是从设计、生产的角度出发,还是从方案的最优化、生产的便利化和成本的最低化都要求大功率LED产品采用复合模块来进行。复合模块的构成方式有两种:一是将光源与散热进行组合成光源/散热复合模块;二是具有照明光源全部功能的光源/散热/驱动的复合模块。
1.2.1 复合模块构成及主要形式
复合模块的构成表述如下:
图3给出了三种大功率LED产品复合模块的示意。其就是将散热模块与光源模块进行最优化组合,形成完整的独立单元形式。左列为采用阵列LED光源与配光元件所形成的复合模块示意与实例;右列为采用集成封装大功率LED光源与配光元件所形成的复合模块的示意与实例。单个复合模块的功率一般在20-50W,主要是用于大功率室内外照明,具有规格统一、方便灵活、便于重复、方便组合等突出特点。
光源/散热复合模块本身具有发光和散热的双重功效,自身一般不具有驱动单元,需要配合驱动模块才能工作。此外,各模块间还要有相应的电气接口,以及与灯的结构/防护部分相关联的接口。各接口采用可以方便拆卸的结构,通过相应配套模块的调整,不仅可以改变灯的参数大小,同时也方便维修和更换。
图4给出了光源/散热/驱动复合模块示意。其就是将散热模块、光源模块和驱动模块进行最优化组合,形成完整的独立单元形式,具有照明光源所具备的全部功能,每个复合模块都经过了优化设计,具有功能完善、性能良好、易于加工和生产等特点,主要是用于进行大功率LED产品的组合。
图5给出了一维及多维方向的复合模块示意。其主要形式有:
图5中的 (a) 图为可用于一维的复合模块。其中,左图为采用大功率LED阵列的应用,散热器置于其上部,可称为“背式散热器”(见下剖面图),具有外型美观、使用灵活等特点;右图为采用大功率LED集成封装的应用,散热器置于其两端,可称为“侧式散热器”(见下剖面图),具有散热通畅、使用灵活等特点。
图5中的(b)图为可用于多维方向的矩形复合模块和圆形复合模块。其中,左图左边采用大功率LED阵列的应用,散热器为“背式散热器”;右边为采用大功率LED集成封装的应用,散热器为“侧式散热器”(见下剖面图),具有散热通畅、使用灵活等特点;右图为可用于多维方向组合的圆形复合模块,可以构成平面呈圆形或长圆形的大功率LED产品。散热器翅片的形状除了常规的片状外,还可以采用圆锥/圆柱形状,具有空气流通的无方向性,其他特性与矩形的相似,不再赘述。
1.2.2 复合模块组合的大功率 LED 产品
大功率LED产品可以采用复合模块通过组合方式来设计、生产和装配具有相似功能的、统一规格的系列化照明产品。在此,复合模块组合的LED产品主要是将上述图3及图4中的复合模块作为基本的单元来进行适当的组合。具体的组合方式有三种情况即:单一方向(一维)组合、平面(二维)组合和空间立体(三维)组合。复合模块组合的LED产品主要应用于大功率和超大功率照明,如:工矿灯/高棚灯/天井灯、隧道灯、投光灯、路灯及塔灯。下图分别给出了复合模块LED产品的组合示意,由此可以看出,复合模块组合的LED产品是现有大功率LED产品的重要发展方向。
1) 一维方向的复合模块组合
由一维方向复合模块组合形成的大功率LED产品是应用最广的形式,具有结构简单、变化灵活、加工简便、节约成本等突出特点。通过数个相同特性复合模块的组合,再配合相应的防护结构(外壳及连接件),就可以构成完整的照明灯具,并且通过改变模块的数量等就可以获得具有不同功率和应用特性的系列灯具。
图 6 复合模块一维方向组合的大功率 LED 产品的示意图
图6中给出了两种采用复合模块一维方向组合形式构成的LED产品的示意,通常设计成方便拆卸式。其主要的区别是:左图为采用单颗大功率LED阵列复合模块的组合结构(外壳及防护结构未示出,下同);右图为采用集成封装模组的复合模块组合结构。通过数个复合模块的组合,配合防护结构(外壳及连接件),可以构成完整的照明灯具。同样,通过改变模块的数量等就可以获得具有不同功率和应用特性的系列灯具。此外,检修时只要换上同规格的复合模块即可;
2)二维方向的复合模块组合
图 7 复合模块二维方向组合形成的大功率 LED 产品的示意图
图7中给出了四种采用复合模块二维方向组合形式构成的LED产品的示意,一般都设计成可方便拆卸的方式。其主要的区别是:(a)图为采用单颗大功率LED阵列矩形复合模块的组合结构(外壳及防护结构未示出,下同);(b) 图为采用集成封装模组的矩形复合模块组合结构;(c) 图为采用单颗大功率LED阵列圆形复合模块的组合结构;(d) 图为采用集成封装模组的圆形复合模块组合结构。通过数个复合模块的组合,配合防护结构(外壳及连接件),可以构成完整的照明灯具,通过改变模块的数量等就可以获得具有不同功率和应用特性的系列照明,主要是用于大型和超大型的LED产品,如广场、高塔、机库、车间等。
3)三维方向的复合模块组合
图 8 复合模块三维方向组合的大功率 LED 产品的示意图
三维方向复合模块组合的LED产品主要应用于对光输出范围有较大要求的场合,如道路交叉路口、广场及公园进口等。通过采用具有三维空间形状的框架来安装不同的复合模块,以达到具有三维空间的光输出目的和特别的照明效果。
图8中给出的为采用组合复合模块三维方向的两种用于道路照明的实例。其中,左图为在道路方向采用圆弧形框架的安装复合模块方式,以获得道路方向上较大的光输出角,满足道路照明的强制性要求;右图的照明为复合模块长边与道路方向平行(道路方向的光输出角由配光透镜完成),且光输出角度可灵活调节,以改变道路垂直方向上的光输出角度,再配合统一的防护结构就能够形成整体照明,并且改变模块数量可以获得具有不同功率和应用特性的系列照明产品,可拆卸式设计也具有维修的方便性。
2 大功率 LED 产品模块化的发展
LED产品的模块化是大势所趋,必将成为更加广泛的社会共识。特别是对于室内或室外使用的大功率LED产品灯具,为了减少不同灯具之间模块的加工量和组装的难度,降低生产和使用的成本,都需要采用LED复合功能模块来生产系列规格的产品,以提高灯具的使用性能。
此外,大功率LED产品的模块化只是解决了一家一户自身产品在生产、使用和维修中的问题,不能解决不同厂家产品之间的互换性问题。为此需要政府及各方联合起来,制定出各生产企业都能遵循的产品标准,解决不同LED灯具生产厂家的产品之间的互换性问题。只有这样才能使得大功率LED产品获得与传统照明一样的生产上的规格化、标准化,使用上的便利化和互换性,才有希望使更多的生产厂家一起推动LED产品的快速健康发展,为现代社会的能源节约贡献出一份力量。
3 结束语
综上所述,大功率LED产品模块化的发展方向及优势已经成为业界的共识,国内外主要的生产厂家都已经有了相应的产品问世,并在工业、商业领域获得了积极的推广,取得了良好的使用效果,积累了许多实际经验。本文介绍了大功率LED产品的模块化,以及大功率LED产品模块化的提出、产生和发展的演变过程,并对今后的发展提出了一些展望和期待,对于业界存在的问题,给出了相应的建议和解决方案。在此,由衷地希望大功率LED模块化照明获得更为广泛的市场认可和更加广泛的实际应用,并由此来获得更加便利、灵活的使用效果和良好的照明品质,为LED产品未来的发展进行不懈的努力。
摘要：大功率LED产品模块化的发展方向及优势已经成为业界的共识,从单一模块到复合模块的发展标志着LED产品从幼稚到成熟的过程。在介绍大功率LED产品模块化及构成类型的基础上,重点剖析了在大功率LED产品模块化中单一模块的代表:LED模块化工矿灯和LED模块化路灯;复合模块及主要构成形式,并给出了复合模块多维扩展的方式以及在道路照明上的应用实例,最后展望了今后的发展前景,提出了需要关注的问题和相应的建议。