技術解析：全面剖析LED射燈燈具(上)

1、技術解析：全面剖析LED射燈燈具(上) 頂(1)轉自OFweek 半導體照明網 2012-11-06 09:38:33· LED技術的快速發(fā)展，光效的不斷提升，LED射燈技術也在快速發(fā)展。目前的LED射燈幾乎是以替代傳統鹵鎢燈為主。相比傳統燈具，LED射燈在節(jié)能及長壽命方面具有顯著的優(yōu)勢。隨著LED射燈成本的降低，LED射燈的應用也逐步開始普及。全面剖析LED射燈燈具分為上下兩集，上集筆者先從LED射燈的技術要求，常見的規(guī)格類型及結構給大家講起。（一）LED射燈技術要求現階段的LED射燈，主要以替代傳統鹵鎢燈為主，相關的安全要求大多參考傳統照明要求，并根據LED燈的特點，形成了一套安

2、全認證標準。目前，在LED射燈的認證方面，國際上主要以歐洲CE和北美UL認證為主，在中國可進行自愿性認證（CQC）。在CE認證里包含LVD和EMC兩個方面，其中LVD是按照EN60968標準執(zhí)行（將升級 IEC 62560）；EMC按照EN55015、EN61547、EN61000-3-2和EN61000-3-3標準執(zhí)行。此外，LED燈通常還需要額外參照IEC 62471，進行光生物安全方面測試。在北美，通常需要進行UL安全和FCC電磁兼容認證。UL執(zhí)行標準為UL1993、UL8750和UL1310；FCC執(zhí)行標準為FCC PART15 Subpart B。在中國，對于LED射燈是采用自愿性認

3、證（CQC），執(zhí)行標準為GB24906-2010（安全）和GB 17743-2007（電磁兼容）。另外，在LED射燈的性能方面，也有諸多標準規(guī)定。美國有能源之星(ENERGY STAR)有相關要求；中國有節(jié)能認證要求，執(zhí)行標準為CQC 3129-2010。這些要求中，均對LED射燈的色溫、顯色指數、初始光通量、光效、光通維持率、壽命、中心光強、標稱功率、功率因數、產品標識等進行了規(guī)定。推算公式· 許多電子產品的壽命是以壞掉來評判，但LED是一種壽命很長的光源，可使用很久都不會壞。但光通量的輸出卻會隨著時間而衰減，因此行業(yè)內通常用光衰至70%所需的時間來定義LED光源的壽命，即L70。

4、隨著技術的進步，LED的光衰越來越緩慢，要完整測試其光衰至70%的時間也難以做到。由于電子產品的壽命呈指數規(guī)律，因此LED通常做較短時間的老化，通過采樣光衰數據，然后以指數函數來推算其光衰至70%的時間，推算公式如上圖所示。LED射燈規(guī)格及類型 常見LED射燈規(guī)格及類型通常對LED老化6000小時測試光通維持率LM（Lumen Maintains），按照指數規(guī)律，若6000小時后LM91.8%，便可宣稱25,000小時的壽命，若LM94.1%可宣稱35,000小時的壽命，但壽命推算的時間不超過測試時間的6倍。圖1：光衰指數曲線圖2：LED射燈極坐標光強分布曲線LED射燈的角度，一般以50%峰值

5、光強的光束角來定義。如圖2是一個LED射燈的極坐標光強分布曲線，可以看出，50%光強對應的角度分別為±20°左右，因此這個射燈的角度為40°。（二）常見LED射燈的規(guī)格及類型圖3：不同燈頭（從左至右為E14、E17、E26、E27、GU10、GU5.3）· 現階段的LED射燈主要以替代傳統鹵鎢燈為主，因此外形尺寸是參照IEC 60630標準，燈頭參照IEC 60061-1標準。根據傳統射燈情況，目前的LED射燈主要有MR16、PAR16、PAR20、PAR30、PAR38這幾種。其中MR16通常采用GU5.3燈頭；PAR16主要采用GU10、E26（美洲

6、）/E27（歐洲及中國）、E14燈頭；PAR20/PA30/PAR38主要采用E26、E27燈頭。LED射燈結構簡析（三）常見LED射燈的結構簡析目前的LED射燈均為自鎮(zhèn)流式，即LED驅動電源全部內置在燈體內部，直接接電即可使用。圖4：LED射燈（PAR16-GU10）拆解圖如圖4的射燈拆解圖可以看到，目前的LED射燈主要光學器件（透鏡、反光杯）、LED光源、散熱器、驅動電源、燈頭這幾部分組成。但各廠家的LED射燈，由于采用的材料、工藝、LED封裝方式不同，使得射燈在設計和加工上會有一些差別。1. LED光源及光學器件目前的LED射燈主要采用多顆大功率LED及集成封裝LED制作，如圖5所示。圖

7、5：第一張為多顆大功率LED（第二、三張為集成封裝LED射燈）· 采用多顆大功率LED的方式，通常需要一個電路板將LED做電氣連接。該電路板大多使用鋁基板制作（MCPCB）；對于一些設計也有采用玻纖板（FR-4）制作，但需要專門設計散熱焊盤。然后用螺絲或膠粘的方式固定在燈殼散熱器上。多顆大功率LED制作的射燈，透鏡通常是采用對每顆LED進行獨立配光的，再組合成一個光斑透鏡。采用集成封裝LED制作的射燈，不需要電路板，可以直接將驅動電源輸出線連接到LED燈上。同樣是采用螺絲或膠粘的方式固定在燈殼散熱器上。該種射燈的二次光學，通常采用一個透鏡或反光杯的方式進行配光，透鏡和反光杯的高度都較

8、高，小角度的配光有難度。此外，對于大出光面得射燈，大多采用多個光學器件組合的方式完成整個燈具的二次配光設計，如圖6所示。圖6：多個光學器件組合的射燈2. LED驅動電源目前的LED射燈大多為內置電源的自鎮(zhèn)流式射燈。內置LED驅動主要采用開關電源實現，分隔離式和非隔離式。隔離電源的初級和次級形成了電氣隔離，在射燈設計時，只需要將電源初級與外殼或其它人體可接觸部分做好充分的防觸電即可，而次級通常為安全電壓，可做簡單防護即可。這類電源相對安全可靠，但要求放置空間大，其轉換效率也較低。非隔離電源由于初次級之間未做電氣隔離，需在結構上做更嚴格的防護隔離，但該類電源效率高，體積小。圖7：電源灌膠射燈

9、83; 除開關電源外，還有多種其它LED驅動方式，但其安全性和可靠性都較低，需要在結構設計上多做努力，以滿足相關安全要求。此外，由于電源內置，通常元器件溫度都很高，將直接影響到LED射燈的使用壽命和穩(wěn)定性。因此很多廠家都采用灌膠的方式，改善電源的散熱能力，并提高電源與散熱外殼的絕緣性，如果7所示。由于LED的可控制性，因此各廠家都有開發(fā)可調光的的LED射燈?，F有的主要調光方式有可控硅調光、PWM調光、0-10V調光、DALI調光、DMX51調光、電力載波調光等，都是通過控制LED的驅動電流或電壓的方式，改變LED的亮度。3. 燈殼散熱器燈殼散熱器是考量各廠商設計能力的主要地方。大多數廠家的散熱器都是采用鋁材質，加工工藝有機加工及模具成型等方式。在結構設計上，各廠家為了加大射燈的散熱能力，通常采用翅片的方式，如圖8所示。圖8：帶翅片的LED射燈散熱器（左）鑲件注塑散熱器（右）另外，燈殼部分也