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      LED吸頂燈及其電源詳解以及對于節能減排的意義
    http://www.cnledw.com/blog/105 茅于海

    2012年將是LED全面、大規模進入家庭的一年。美國家庭中主要是采用E26型的白熾燈。但在中國的城市家庭中則很少有人還用白熾燈,而大多數采用彎曲熒光燈管的吸頂燈。如何生產價格低廉、性能良好的LED吸頂燈將是對于LED從業者的一個極大的挑戰。為了做好這一替代工作,我們首先要對普通吸頂燈有充分的了解,才能做到知己知彼百戰百勝。


      一. 普通吸頂燈


      1.1吸頂燈的外形


      普通吸頂燈的外形雖然有很多種(圖1),但最普通的就是圓形或方形,復雜的則更有各種奇形怪狀的水晶吸頂燈:



      1.2吸頂燈的燈管


      其燈管大多是彎折后的T5熒光燈(圖2),品種規格繁多,主要有以下幾種。



      1.3吸頂燈的功率,并沒有明確的規定。


      其功率最常用的有10W、16W、21W、28W、32W、38W、40W等幾種。


      二. 普通吸頂燈的問題和缺點


      2.1 發光效率低


      帶鎮流器節能燈的整燈光效只有55lm/W,最高的大功率U型也只有80lm/W。而且因為所有這些吸頂燈大多采用 T5型燈管,折彎成各種形狀。但不管最后折彎成什么形狀,它都是360度發光的,其中向上的180度的光線必須反射回來才會變成有用的光線,這個反射過程就會損失很多光。所以做成燈具以后的光效至少要打70%的折扣。也就是上述光效還要再乘以 0.7。而且在實際使用時,它的亮度隨時間衰減得很快。例如一根飛利浦的32W環形T5三基色燈管YH32RR16,色溫為6500oK,其發光效率為 67lm/W,總流明數為2150lm,實際上只有70%的光線可以利用。也就是只有1500lm。


      2.2 含汞



















    節能燈


    (10mm)


    直管型鹵粉


    熒光燈


    長壽命


    三基色熒光燈


    一般


    三基色


    熒光燈


    緊湊型


    熒光燈


    各種


    LED


    10-15mg


    <10mg


    <8mg


    <5mg


    <5mg


    0



      而汞的沸點很低,在常溫下可蒸發。一支廢舊丟棄熒光燈破碎后,立即向周圍散發汞蒸氣,瞬間可使周圍空氣中的汞濃度達到10-20毫克/立方米,超過國家規定的汞在空氣中最高允許濃度(為0.01毫克/立方米)的1000至2000倍,人體一次吸入2.5克汞蒸氣即有生命危險。而且液態汞的滲透率極高,掉到地下以后就會立刻滲入地下污染地下水。1毫克汞足以污染5454.5公斤飲用水,使之達不到安全的飲用標準,F在拼命推廣節能燈,實際上也是對我們子孫不負責任的做法。


      2.3 壽命低


      節能燈管按照熒光粉劃分有:混合粉、鹵粉、三基色。鹵粉壽命在3000~4000小時;混合粉壽命在4000~6000小時;三基色號稱在8000小時以上。


      2.4鎮流器質量低


      熒光燈所用的鎮流器大多數無法給出足夠的功率,例如作者實測一個32W熒光燈所用的鎮流器其輸出功率只有16W,也就是只有50%的額定功率。而且所有熒光燈的壽命之所以短,主要是鎮流器的壽命很短,而且一旦熒光燈損壞,鎮流器通常也跟著損壞。幾乎所有人的經驗都是一般一年就要換一次鎮流器或燈管,大多數時候是一年不到,兩個都要換。


      2.5 價錢也不便宜


      一般的吸頂燈價錢在幾十到幾百元的都有,國外品牌的吸頂燈要600元以上,至于一些帶有水晶飾物的吸頂燈,價錢高達幾千元以上比比皆是,而其光源只不過頂多是一個40W的異形熒光燈而已。所以吸頂燈不像普通節能燈那么便宜。


      三. LED吸頂燈的優點


      3.1 發光效率高


      LED本身的發光效率已經到達130lm/W以上,所以LED吸頂燈的整體光效已經可以達到100lm/W。而且這個效率還在每年增長,據估計,到2020年,LED本身的發光效率將會達到240lm/W。光效高就意味著節能。根據實測的結果,一盞8W的LED就可以取代一盞32W的吸頂燈。電功率可以節省4倍以上。


      3.2 壽命長


      LED的壽命為10萬小時,做成燈具以后,現在實際上公認的壽命為至少3萬小時,高質量的可以做到5萬小時,要比熒光燈長10倍以上,即使最高壽命的三基色熒光燈的壽命為1萬小時,也還高出5倍以上。
     3.3 不含汞


      3.4 無紫外線輻射,無光線污染


      3.5 可以根據需要提供各種色溫的光線,通常有2550-3700oK,和4700-7000oK。


      3.6 無玻璃零部件,耐沖擊、振動,便于運輸。


      3.7 不需要鋁制散熱器,成本低,重量輕


      四. LED吸頂燈的構成和散熱


      不考慮華麗的水晶吸頂燈,普通LED吸頂燈的構造和普通吸頂燈沒有什么區別。都是由底殼,外罩,電源,燈等4個部分組成。


      4.1 LED吸頂燈的燈珠


      通常對于功率大于30W以上的大多采用1W的LED燈珠,低于30W的大多采用小功率LED燈珠(例如3020,3014,3528等)。建議采用貼片式小功率LED,以便于散熱,也可以提高發光的均勻度。


      燈珠可以按照其外形來排列,例如假定外形為圓形,那么燈珠就排成圓形,反之,假如外形是方形,那么就排成方形。即便如此,燈珠的排列也還是有很多種方法,一個典型的LED吸頂燈的內部結構如圖3所示。



      圖中圓環形的印制板上有兩圈LED燈珠,它是采用23顆0.4W的5730型LED燈珠,總共功率為18W。中間的長方形為其恒流電源,方盒右下角則為遙控接收器的光敏二極管,以接收遙控亮度的紅外控制信號。


      需要提出的是仍然有大量的低價LED吸頂燈采用了小功率草帽燈,然而由于草帽燈的熱阻很大(450℃/W),很難把熱導出,因而光衰嚴重,壽命很短。
     


      4.2 LED吸頂燈的燈罩


      燈罩通常采用PC板,其性能如下:


     。1)透光性:P C板透光率最高可達89%,可與玻璃相妣美。UV涂層板在太陽光下爆曬不會產生黃變,霧化,透光不佳,十年后透光流失僅為6%,PVC流失率則高達15%—20%,玻璃纖維為12%-20%。


     。2)抗撞擊:PC板撞擊強度是普通玻璃的250-300倍,同等厚度亞克力板的30倍,是鋼化玻璃的2-20倍,用3kg錘以下兩米墜下也無裂痕,有“不碎玻璃”和“響鋼”的美稱。


     。3)防紫外線:PC板一面鍍有抗紫外線(UV)涂層,另一面具有抗冷凝處理,集抗紫外線、隔熱防滴露功能于一身?勺钃踝贤饩穿過,及適合保護貴重藝術品及展品,使其不受紫外線破壞。


     。4)重量輕:比重僅為玻璃的一半,節省運輸、搬卸、安裝以及支撐框架的成本。


     。5)阻燃:國家標準GB50222—95確認,PC板為難燃一級,即B1級。PC板自身燃點是580攝氏度,離火后自熄,燃燒時不會產生有毒氣體,不會助長火勢的蔓延。


     。6)可彎曲性:可依設計圖在工地現場采用冷彎方式,安裝成拱形,半圓形頂和窗形。最小彎曲半徑為采用板厚度的175倍,亦可熱彎。


     。7)溫度適應性:PC板在-100℃時不發生冷脆,在135℃時不軟化,在惡劣的環境中其力學,機械性能等均無明顯變化。


     。8)耐候性: PC板可以在-40℃至120℃范圍保持各項物理指標的穩定性。人工氣候老化試驗4000小時,黃變度為2,透光率降低值僅0.6%。


      4.3 LED吸頂燈的散熱


      采用小功率的LED燈珠,排列分散一些,可以有助于散熱。


      吸頂燈在結構上的特點也是有利于散熱的。


      1.內部空氣無阻擋自由流通。這是吸頂燈相比于其他燈具最大的優點。密閉而不流通的空氣是一種絕熱性能很好的絕熱體,反過來,能夠自由流通的空氣卻是最好的散熱體。世界上所有的發熱物體最后都是把熱量散發到空氣中去的。因為吸頂燈的底板有很多小孔,所以在吸頂燈的燈罩里,LED燈珠所產生的熱量可以通過空氣立刻傳遞到外邊去。


      2.燈罩能夠很好散熱。我們知道對流和輻射散熱主要和面積及材料有關,而塑料的輻射散熱的效果是很好的,而且燈罩的厚度很薄,所以塑料的導熱不好的影響可以忽略。這可以從圖4中加以說明。



    圖4. 較薄的厚度減小了導熱系數的作用


      吸頂燈的泡殼厚度只有1-2mm。所以雖然它的導熱系數只在0.1-1W/mk,但還是能夠很快地把熱量從一邊傳到另一邊。


      而且塑料的輻射能力是很強的,見下表:























    材料




    黑色塑料


    拋光未氧化


    0.02-0.1


    0.06


     


    0.8-0.9


    粗加工輕微氧化


    0.3-0.4


    0.5


    嚴重氧化


    0.4-0.45


    0.8



      所以泡殼可以很好地輻射散熱。


      因為在吸頂燈的內部空氣的流通很好,很容易把熱量帶到泡殼上。所以燈罩起了主要的散熱作用。


      1.面積大:根據圓形的面積計算公式:S=πr2,或S=π(d/2) 2,對于一個直徑為45cm的圓形吸頂燈,它的底板面積就是1590cm2。因為吸頂燈通常安裝在室內,沒有過高室溫,所以可以采用40cm2/W的經驗數據,那樣也可以散去40W的功率。但是由于底板靠近天花板,不易散熱,所以底板的實際散熱效果會差很多。


      而燈罩因為是曲面形,其面積要比圓形更大,而且它的安裝朝下,沒有任何阻擋,所以散熱效果要比底板更好。


      2.關鍵的問題是要把安裝LED燈珠的鋁基板或印制板的銅箔面積做得足夠大。


      實驗證明,對于小于30W的吸頂燈采用普通的印制板就可以很好地散熱,而且為了利用自由流通的空氣。在印制板的兩面把熱量帶走,所以也不需要把鋁基板或印制板通過導熱膠緊貼底板來散熱,反而要把印制板墊高離開底板5mm,以便空氣流通。


      3.底板上多打一些通風孔會對散熱有很大的好處。這些通風孔應當打在外圈,以免被阻擋。但也可能帶來小蟲鉆入的可能性。


      采取以上措施以后,LED吸頂燈并不需要很重的鰭片式散熱器也可以滿足散熱的要求?梢哉fLED吸頂燈是唯一不需要特制的鋁散熱器的LED燈具。


      一. LED吸頂燈的電源


      現在讓我們先來看一下普通吸頂燈的電源。


      普通吸頂燈通常采用電子鎮流器,或者稱為高頻變壓器。但是市面上的電子鎮流器的質量都比較差。例如,作者就測試了一款普通吸頂燈安裝了飛利浦的 32W環形燈管。實測的結果如下:Pin=16W,PF=0.62。所以它只用到環形燈管50%的功率,而且功率因數也很差。作者也測試了一個9W節能燈的參數,測得Pin=8.4W,PF=0.563


      二者的功率因數都不能滿足>0.7的要求,但仍然在市面上大量流通。


      對于LED吸頂燈的電源可以分為非隔離式和隔離式兩大類:


      5.1 非隔離恒流源,由于LED吸頂燈不像球泡燈那樣容易被用戶用手觸摸到,而且由于不需要接觸式導熱,它的內部結構很容易把鋁基板或印制板和金屬底板絕緣起來,所以采用非隔離電源是可以很容易通過CE、UL等安全認證。再加上它的安裝通常是由專業的電工來安裝,也減小了用戶觸電的危險。


      我們知道LED必須采用恒流源來驅動,否則由于它的負溫度系數,而會使電流急劇上升導致結溫升高,壽命縮短。恒流源分為線性和開關式兩種。線性恒流源的優點是不會產生電磁干擾(EMI),簡單,成本低。它的缺點是效率比較低。


      1. 采用恒流二極管的非隔離恒流源


      恒流二極管是一種線性恒流源,它的恒流作用可以用來驅動LED。最簡單的方法就是把恒流二極管直接和LED串聯。但是我們在用于LED驅動時必須注意選擇恰當的電流和耐壓。


       最低電壓


      由于恒流二極管需要一定的電壓Vk才能夠進入恒流,所以太低的電源電壓是無法工作的。通常這個Vk大約在5-10V左右。


       最高電壓


      由于恒流二極管必須能吸收掉電源電壓的變化,對于同樣的百分比,220V就要比110V的變化范圍大一倍。例如對于+10%~-20%的變化范圍,對于220V就意味著22+44=66V的變化范圍,經過橋式整流以后這個變化還會加大1.2倍,變成79.2V。而對于110V電源,同樣的變化范圍只相當于39.6V的變化范圍。電壓越低,就意味著功耗越小,效率越高。所以可以說恒流二極管更適用于110V市電的國家。


       最大電流


      由于恒流二極管的功耗受到限制,所以過大的電流也是不合適的。例如1W的LED通常需要350mA,恒流二極管就很難提供。即使能夠提供,它的功耗也過大而使整體效率大為降低。


       恒流二極管最適用的使用場合就是交流市電供電的LED燈具,采用很多小功率LED串聯,也就是高壓小電流的情況是最為合適。


      圖4就是一種用于吸頂燈的恒流二極管驅動源。其負載是80顆3022串聯,總功率為16W。所用的恒流二極管也是恒流在60mA。假如手頭的恒流二極管只有30mA的,就需要2串并聯。



      在這里,恒流二極管的作用就是要在輸入市電電壓變化時,保持輸出電流不變,當然也可以消除由于LED負溫度系數所引起的電流增大。但是由于恒流二極管的耐壓有一定的限制,所以它所能吸收的電源電壓變化也是有限的。就拿100V耐壓的CRD來說,它的工作電壓范圍還要減去它的最小工作電壓10V,可用的電壓范圍也就只有90V。用在220V市電電源里, 如果市電變化+10%,~-20%,就相當于整流后為290~211V,電壓變化79V,在其耐壓范圍內。假如所用的LED為80顆,如果正向電壓為 3.3V,那么總電壓為264V,正好相當于220V經過橋式整流以后的值。這時候恒流二極管上沒有壓降,但是這時候它是不能工作的而至少需要10V壓降,也就是要求整流后電壓為274V,市電電壓為228VAC。那時候恒流二極管壓降為最小,功耗也最小,只有0.03Ax10V=0.3W,整體效率為最高可達96%(當然還要考慮整流器的效率,實際上還會低一些)。如果市電增高至242VAC,那么恒流二極管電壓就增高為26.4V,其功耗也增加到 0.79W,這時候效率就等于91%。


      如果市電電壓低于228V,是不是恒流二極管就不工作呢?并不是,但的確是不恒流了,這時候它和LED就會達到一個新的平衡點,那就是二者的電壓和等于市電電壓經過整流后的電壓。因為LED伏安特性的非線性,所以很難用公式來表示?傊,當市電電壓降低時,LED中的電流就會隨市電電壓的降低而降低。其亮度也會跟著變暗。但是這時候恒流二極管的壓降不大所以并不消耗很多功率。所以效率還是很高的。


      前面假定了LED的正向壓降為3.3V,實際上即使其額定為3.3V,在開機一段時間以后,由于結溫的升高,正向壓降就會降低至3.1V甚至3.0V。


      一個采用恒流二極管的8W電源的實測結果如下表所示:

























































































    Vin     V


    Pin     W


    VCRD  V


    VLED  V    


    ILED  mA     


    效率    η


    240


    8.5


    68.1


    250.5


    25.6


    75.44%


    235


    8.3


    58.2


    252


    25.7


    78.03%


    230


    8.2


    50.7


    253.7


    26.2


    81.06%


    225


    8.3


    43.3


    252.7


    27.1


    82.51%


    220


    8


    39.3


    255


    27.5


    87.66%


    215


    8


    26.6


    255.6


    27.8


    88.82%


    210


    7.9


    20.5


    255


    27.8


    89.73%


    205


    7.7


    17.8


    251.4


    27.7


    90.44%


    200


    7.2


    13.9


    250.8


    27.5


    95.79%


    195


    6.4


    4.2


    250


    25.2


    98.44%


    190


    5.8


    4.2


    243.9


    23.7


    99.66%



        有表中可見,采用恒流二極管以后其最高效率的確可以做到非常高。是一種值得選用的電源。為了在220V得到最高的效率,看來應該串聯90個以上的LED。


      各種恒流二極管的參數如下表所示:





     2.采用高壓直接降壓的開關式恒流源


      由交流直接整流得到的電壓是264V,這時候可以采用直接降壓的高壓Buck電路來恒流。


      a)PAM99700


      圖5為采用美國PAM公司的PAM99700的高壓Buck的電路圖。



      這個電路的特點是效率高達90%,功率因數也大于0.9以上。外部電路也很簡單?梢则寗佣噙_40個1W的LED。一個采用PAM99700的LED吸頂燈照片如圖7所示。


      它是采用24串7并的3014型LED,總功率16.8W。右下角的藍色印制板是紅外遙控接收器。



      它的實測結果如下(圖8):



    b)HV9861A


      最近美國Supertex公司推出了新款高壓降壓芯片HV9861A以取代HV9910B.它采用了均值取樣從而提高了恒流精度至+/-3%。它的電路圖如圖9所示。





      因為電路中沒有采用無源功率因數校正,所以功率因數比較低。這個電路也沒有采用為減小EMI所需的濾波器,如果加上這兩項以后都會降低其效率。


      所有這些非隔離式電源因為在LED負載上會觸摸到市電,所以有嚴格的安規檢驗,盡管采用良好的絕緣可以滿足安規的要求,但是歐盟IEC 61347-2-13 (5/2006)標準規定在LED負載端電壓不可超過25VAC或35VDC。所以采用非隔離電源是無法出口歐盟的。


      5.2 隔離式電源


      最近美國TI公司推出了一種隔離式恒流源芯片TPS92070,它的電路圖如圖11所示。



      輸入:90-264VAC


      輸出:25V,350mA


      效率:>85%


      1. 可調光隔離式恒流源


       iW3614


      其電路圖如圖12所示



      輸入:100-120VAC或220-240VAC


      輸出:25V,400mA


      效率:>82%


      PF:>0.9 非調光模式,調光模式時取決于可控硅。


      THD:滿足 IEC61000-3-2


      調光兼容RC、R、RL
     LT3799


      今年2月美國凌特公司宣布了一個用于LED恒流驅動的IC(LT3799),它可以驅動4-100W的LED,而且本身帶PFC,外置功率MOSFET開關管,反激隔離式而不需要光耦合器,外置元件減到最少,而且還可以用于可控硅調光。




      這個市電恒流源因為功率大,而且可以適應4-100W的寬功率范圍(這是吸頂燈的功率范圍),所以一定是采用外置MOS開關管,而且也因為功率大,所以要求采用功率因數校正(PFC)。對于不同的功率,除了要選擇不同的MOS管外,還要求選擇不同大小的變壓器。變壓器加大了整個恒流源的體積和重量,降低了效率。但是這是為隔離市電所必需的。
     


      一. LED吸頂燈的調光


      目前全世界很多知名的LED恒流驅動芯片公司都花了很大的力氣開發出了很多可以和各種可控硅調光的所謂Triac配合以進行調光的芯片。然而這也是一種相當可悲而又可笑的事。因為可控硅是上世紀六十年代的產品,本身是一種相當古老而落后的器件。它的確可以用來和白熾燈配合進行調光,可是它在調光的過程中會破壞正弦波的波形因而引起系統的功率因數降低,而且還會在線路上產生很大的干擾信號。在白熾燈調光時因為白熾燈的亮度只是由電源電壓的有效值決定,所以可以跟著可控硅的導通角調光,而且對于可控硅來說,白熾燈是一個理想的純阻負載,也不會對它的工作有什么影響。


      可是換成LED以后就產生了一系列的問題,首先帶整流器的LED是一個容性負載,對可控硅有很大影響,在低負載時就會不穩定觸發,除非并聯一個電阻。但會進一步降低系統的效率(增加1-2W功耗)。為了使得LED也能配合可控硅調光就必須把帶整流器的整套恒流電源系統的功率因數提高到看上去接近純阻負載。所以很多公司開發出有源功率因數校正芯片。使得LED整個系統的功率因數達到0.9以上。不少人誤以為采用功率因數校正以后,連同可控硅在內的整個系統的功率因數都可以達到0.9以上。這完全是誤解了, 即使是純阻負載接上可控硅以后功率因素也會隨調光而降低。


      下面是可控硅調光過程中,帶功率因數校正(達0.96)的LED球泡燈的整套系統(包括可控硅在內)的功率因數的變化(附帶也有白熾燈的數據以供比較)。












































    帶功率因數校正的LED球泡燈


    白熾燈


    輸入功率


    功率因數


    輸入功率


    功率因數


    9.4W


    0.96


    23.5W


    0.999


    8.1W


    0.769


    20W


    0.899


    7W


    0.703


    15W


    0.747


    6W


    0.635


    10W


    0.573


    5.1W


    0.515


    9.9W


    0.566


    4W


    0.48


     


     



      由表中可知,不管是經過功率因數校正的LED燈,還是白熾燈,在一開始時功率因數都可以達到0.96以上。但隨著可控硅的調光,其功率因數逐步降低,到無法再調光時,功率因數低至0.48和0.566。所以作為整個系統來說,其功率因素指標是不符合美國能源之星的要求的。


      全世界的各種可控硅調光器多達幾十種,上百種。很多LED燈為了和這些可控硅兼容,不知道做了多少試驗和改進,但最后還是吃力不討好。由于國外的人工很貴,所以也可以認為這是不得已的做法,但是在中國完全可以采取另一些更先進的做法。


      為了要對LED調光,可以有很多辦法,這些方法都沒有可控硅的缺點。下面介紹幾種最常用的方法:


      6.1 采用脈寬調制PWM調光


      LED是一個二極管,它可以實現快速開關。它的開關速度可以高達微秒以上。是任何發光器件所無法比擬的。因此,只要把電源改成開關恒流源,用改變脈沖寬度的方法,就可以改變其亮度。這種方法稱為脈寬調制(PWM)調光法。圖15表示這種脈寬調制的波形。假如脈沖的周期為tpwm,脈沖寬度為 ton,那么其工作比D(或稱為孔度比)就是ton/tpwm。改變恒流源脈沖的工作比就可以改變LED的亮度。



      具體實現PWM調光的方法就是在LED的負載中串入一個MOS開關管(圖16),這串LED的陽極用一個恒流源供電。



      然后用一個PWM信號加到MOS管的柵極,以快速地開關這串LED。從而實現調光。也有不少恒流芯片本身就帶一個PWM的接口,可以直接接受PWM信號,再輸出控制MOS開關管。那么這種PWM調光方法有那些優缺點呢?


      1.不會產生任何色譜偏移。因為LED始終工作在滿幅度電流和0之間。 2.可以有極高的調光精確度。因為脈沖波形完全可以控制到很高的精度,所以很容易實現萬分之一的精度。


      3.可以和數字控制技術相結合來進行控制。因為任何數字信號都可以很容易變換成為一個PWM信號。


      4. 即使在很大范圍內調光,也不會發生閃爍現象。因為不會改變恒流源的工作條件(升壓比或降壓比),更不可能發生過熱等問題。


      具體獲得PWM信號的方法為在墻上的PWM開關和電位器里安裝一個PWM發生器。這個PWM發生器可以很容易地用一個555芯片形成(圖17)。



      這個發生器的指標如下:


      1. 輸入電源:10-36V ,20mA


      2. 輸出信號:200Hz的PWM信號,0-100%,5V (也可為10V)


      3. 控制路數:可控制5-10個可調光恒流源


      4. 線路長度:10-20m


      5. 開關:可直接控制220V電源開或關


      所以,它需要三根線和燈具連接。假如還要開關燈具,就可以采用帶開關電位器,不過這樣一來總共需要有5根線連接到燈具。如果要利用原來墻上開關,就要再增加三根線,這是它的主要缺點。它的優點是可以用一個控制器來控制5-10個燈具。


      6.2 分段式開關調光


      為了利用現有的墻上開關和墻內的兩根線,臺灣有一家公司推出了一種稱之為EZ-Dimming的GM6182的四段開關調光不失為一種好方案。它只利用墻上的普通電燈開關就能實現4段調光,第一次開為全亮,第二次快速開關為60%亮度,第三次快速開關為40%亮度,第四次快速開關為20%亮度。這種系統的優點是可以利用普通的墻上開關實現調光。而且其功率因素高達0.92以上。沒有產生干擾信號之慮。缺點是無法連續調光。還有操作麻煩一些。它實際上可以和恒流源設計在一起(圖18)。



     




      雖然紅外遙控可以實現采用PWM連續調光,但在實際使用時,也可以用作分段調光。
     二. LED吸頂燈的指標和性能


      一個LED燈具最重要的性能指標就是它的整體光效。所謂整體光效就是輸出光通量(以流明表示)和輸入電功率之比,單位是每瓦流明數lm/W。


      它不但包括了LED本身的發光效率,也包括了恒流電源的效率和泡殼的透光率。


      除此以外,還有它的色溫、顯色指數等。


      為了測試LED吸頂燈的指標,我們通常把它放進大型的積分球中,以便測量它所發出的全部光通量。并對它所發出的光譜進行分析。


      現在就拿圖7所示的紅外遙控LED吸頂燈為例,測試它的性能指標。這是一個采用168顆3014LED的紅外遙控吸頂燈。


      在不加光罩時實測的結果如下。


      1. 整體光效


      總流明數1383lm,輸入交流功率=16.57W,所以整體光效=83.46 lm/W


      需要說明的是其中包括了兩項效率,一個紅外接收器的效率,另一個是恒流電源的效率。而恒流電源的效率,單獨測試的結果是89.5%(圖8)。紅外接收器的功耗為0.5W左右,所以實際的輸入功率應該是16W。如果不用紅外遙控器時,它的整體光效應該是86.43lm/W。如果再考慮電源的效率,用在LED上的電功率只有14.32W。


      這樣算下來可以得到96.5lm/W。這應該是LED本身的發光效率。如果改用發光效率為120lm/W的LED,那么它的整體光效就可以達到107lm/W,即使加上紅外接收器的功耗,整體光效也可以超過100lm/W。


      2. 色溫:6171K,這完全是由所用的LED決定的,如果用戶要求低色溫,就可以改用低色溫的LED。


      3. 顯色指數:Ra=76.2,這個指數相對較低。但是實際上目前所用的顯色指數是在15種單色光上的顯色指數加以平均的結果,它并不能完全代表它的顯色能力。因此照明信息委員會(CIE)不推薦用CRI來測定白光LED的顯色能力


      4. 如果加上光罩以后,它的整體光效當然會隨之降低。而且會降低相當多。因此選用高透光率的光罩是很重要的事。但是透光率過高,也會使用戶能夠看到其中的光珠,這也是不希望的是。尤其是如果采用1W的大功率LED,就更加明顯,所用采用小功率的LED(例如3014),允許用透光率高的光罩,這也是很重要的。


      國外的一些大功率吸頂燈的性能如下:


      Sharp吸頂燈




      三. 吸頂燈的成本和價格


      在推廣LED燈具中遇到最大的問題就是價格問題。最突出的就是在采用LED球泡燈來取代白熾燈時,二者的價格會相差20-50倍之多,普通白熾燈的零售價大約在1-2元人民幣,而且和瓦數基本無關,而一個相同流明數的LED球泡燈的價錢就大約要50元到100元。例如可以取代60瓦白熾燈的 LED球泡燈至少要10W以上,它的價錢大約為100元以上。然而,在LED吸頂燈中,情況就完全不同了。普及型的LED吸頂燈的價格可以做到和中檔的普通吸頂燈的價格相當。



      所以說,可以預計,在中國家庭,最快能夠普及的LED燈具就是LED吸頂燈。這也說明了,LED吸頂燈的市場商機是最大的。


      四. 吸頂燈的市場


      各個國家的生活習慣有所不同,對吸頂燈的需求也有所不同。一般來說,美國幾乎完全不用吸頂燈,美國的住房從來沒有在房間中間安裝燈具,很多燈具都是一種立式的大型燈具,采用插銷插到墻角的插座上,有一個墻上開關來開關一個專門的墻上插座。而在洗手間則完全靠鏡上燈來照明。所以可以認為吸頂燈在美國是沒有市場的。而日本則和中國差不多,很多人家都采用吸頂燈。他們也稱為天花燈。歐洲則比較喜歡華麗的吸頂燈,只是廚房和廁所會采用普及式的吸頂燈。


      目前日本的市場發展最快。


      2011年5月日本的LED吸頂燈的銷售額已經超過了普通吸頂燈



      市場預估日本吸頂燈每年有超過300萬臺的需求,如果以每臺100元人民幣計,該市場超過每年3億人民幣。但目前導入LED的比率僅2成(按數量)。東芝照明(Toshiba Lighting)在日本LED吸頂燈的市場占有率為第1大。


      在國內,吸頂燈被廣泛采用。國內普通熒光燈式吸頂燈的產量如下圖所示:



      2010年的產量已經超過6000萬支,預計2011年產量將會超過7000萬支。假如在2012年產量為8000萬支,其中的十分之一被LED吸頂燈所取代,那么將會達到800萬支。假如以每支100元計,那么其市場規模將達到8億元。


      LED吸頂燈的市場份額如下圖所示:



      其中LED吸頂燈還沒有單獨列出,可能算到其他LED燈具里,可見LED吸頂燈還是有很大的市場潛力。


      普及LED吸頂燈對節能減排的意義重大


      采用LED吸頂燈來取代普通熒光燈式吸頂燈可以大大節約電能,從而減少二氧化碳的排放。一般來說,每節省1度電可以減少0.272公斤二氧化碳。從實測的結果可知,一個8W的LED吸頂燈大約可以取代16W的普通熒光燈式吸頂燈,所以可以節電8W。假定平均每天開燈3小時,那么每年可以節電 8760度電,相當于減排2382.72公斤二氧化碳。假定2012年可以生產800萬只LED吸頂燈,那么總共可以節電700.8億度電,(相當于三峽水電站一年所發的電量847億度電的82%)。減少了0.19億噸二氧化碳的排放!


      據美國國家大氣和海洋管理局(NOAA)最新報告,大氣中二氧化碳平均濃度已由工業革命前的280ppm(ppm:百萬分之一)左右升高到了 2010年的389ppm。而中國在1992年的排放量約占全球的11%,2008年則占全球的23%,位居世界第一。2010年全球二氧化碳排放量大幅增加,創下歷史新高。2010年全球二氧化碳排放量為335億噸,比上年增加18.8億噸,約5.9%。中國2010年二氧化碳的排放量約為75億噸。中國在德班氣候大會上承諾計劃在2015年的碳排放要比2010年減少15%。如果要在2015年減少15%,就是11.25億噸。如果到2015中國能夠采用4000萬只LED吸頂燈,就可以減少0.95億噸二氧化碳的排放,占承諾總數的8.4%。這是一個極為可觀的數字!



     

    2014-08-05
     



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