LED光源在礦井工作面照明燈中的應用
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4．1 LED的選型及排列
LED從結構形式上分主要有三種：一種是有引線(xiàn)的(引角)LED，額定電流一般為20 mA，功率較小，用于照明時(shí)需要多只并聯(lián)；另一種是單芯片表面貼片型LED，額定電流一般大于50 mA(目前LED最大額定電流達到l 000 mA)，功率較大，可以單只使用；第三種是將多只小功率芯片加以集成，實(shí)現大功率，即組合功率型LED。
采用多只LED并聯(lián)方式生產(chǎn)成本低，適合大面積照明，但需要合適的排列方式；在采用小功率的二極管時(shí)，要想使單個(gè)燈的照度滿(mǎn)足采煤工作面需要，就要采用多只二極管并聯(lián)。這就帶來(lái)了采用多大的電壓，如何控制二極管分組并聯(lián)后總電流大小，才能滿(mǎn)足本質(zhì)安全電路要求的問(wèn)題。由于本質(zhì)安全電路的電壓有24、18、12 V等，為了滿(mǎn)足本質(zhì)安全的需要相對應的電流應為400、600和l 000 mA。對于小功率普通的發(fā)光二極管，工作條件電壓一般為3～4 V，工作電流為20 mA，如果選用18 V／600 mA，就可以30組并聯(lián)，5個(gè)串聯(lián)為一組，再串聯(lián)適當的電阻，每個(gè)二極管的壓降小于3．6V，這樣即滿(mǎn)足了本質(zhì)安全型和亮度的要求，當其中一個(gè)或一組損壞時(shí)，既不影響其他二極管的工作也不影響照度。多只小功率二極管的排列如圖3。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/188971.htm
采用多只LED并聯(lián)方式時(shí)，單只LED功率較小，并且產(chǎn)生的熱量相對分散，只要合理地安排LED，盡量增大印刷電路板履動(dòng)Cu面積，即可滿(mǎn)足散熱要求。
在采用大功率二極管時(shí)，本安電路的設計已經(jīng)不是問(wèn)題，關(guān)鍵是二極管如何排列才能滿(mǎn)足采煤工作面的需要。
4．2 本質(zhì)安全電路的設計及二次散熱問(wèn)題
(1)LED是電流驅動(dòng)型元件，工作電流與電壓及發(fā)光效率呈線(xiàn)性關(guān)系，即工作電流越大，電壓越高，發(fā)光效率也越高，但超出額定工作電流將縮短LED壽命。圖4是某型號功率為1W的LED工作電壓和電流關(guān)系曲線(xiàn)，當電壓從3．1 V升高到3．42V(額定工作電壓)時(shí)，電流變化達250 mA，變化率為781 mA／V，可以看出工作電流對電壓變化非常敏感，而電流變化直接影響LED的發(fā)光效率，所以在設計電路時(shí)必須是本質(zhì)安全型的并且要保持對LED的終端輸出為恒電流。
本安電路由煤礦井下照明信號綜合保護裝置提供本裝置電源的額定電壓約為127V(+10％，一25％)的電源，隔爆兼本質(zhì)安全電源采用約127 V輸入，經(jīng)AC-DC開(kāi)關(guān)電源轉換成直流后提供給電源輸出板，經(jīng)過(guò)穩壓、限流、限壓等電路后輸出，該電路還有短路和過(guò)壓、過(guò)流保護。輸入電壓約127 V／50 Hz，電壓在75％~110％內波動(dòng)時(shí)，燈具能點(diǎn)亮，功能正常。燈具電源本安最高開(kāi)路電壓DCl8 V，本安最大輸出電流600 mA，本安電路如圖5所示。
(2)二次散熱問(wèn)題
對LED的散熱在封裝結構上采用大面積芯片倒裝結構、金屬線(xiàn)路板結構、導熱槽結構、微流陣列結構等；在材料的選取方面，選擇合適的基板材料和粘帖材料，用硅樹(shù)脂代替環(huán)氧樹(shù)脂。但LED照明燈的二次散熱仍然是當前制作照明燈的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，可采取的措施就是將LED二極管固定在A(yíng)l板或Al片上；然后再將Al板或Al片用導熱硅脂與外殼固定在一起，將LED二極管產(chǎn)生的熱量迅速地通過(guò)外殼散出去，實(shí)驗證明，該效果極好，達到了發(fā)光及節能的要求。
5 LED光源在采煤工作面照明燈上應用的特點(diǎn)
(1)安全性，本質(zhì)安全型LED照明燈所采用的電路為本質(zhì)安全型，同時(shí)由于LED使用壽命長(cháng)不需要頻繁地更換燈具，大大降低了煤礦工人井下照明維護引發(fā)安全事故的問(wèn)題。白熾燈泡的燈絲溫度高于2 000℃，而LED屬于冷光源，其發(fā)光的溫度只有60℃，在燈罩玻璃破碎時(shí)，不會(huì )引燃瓦斯發(fā)生爆炸。(2)節能性，LED的工作電流是白熾燈泡工作電流的1／3左右，節約了2／3的電能。 (3)LED作為采煤工作面照明燈的光源缺點(diǎn)主要有：一是成本高，一盞本質(zhì)安全型LED照明燈的價(jià)格是普通燈的幾倍；二是LED照明燈的照射面積比較小，光線(xiàn)會(huì )由于選擇的LED不同而出現不柔和、刺眼問(wèn)題，在井下使用時(shí)工人很不習慣。但這兩方面的問(wèn)題也有解決的辦法。對于價(jià)格高的問(wèn)題，僅從單價(jià)一方面看，如果對LED照明燈的綜合成本進(jìn)行分析，問(wèn)題就不是這樣。由于LED的使用壽命長(cháng)，不像其他礦燈那樣要經(jīng)常更換，而且LED的工作電流小從而大大節能，再有LED燈在使用過(guò)程中免維護，整體來(lái)說(shuō)LED照明燈的綜合成本還是比其他照明燈的成本低。對于光線(xiàn)刺眼的問(wèn)題，在LED的選用上可根據情況選用色溫低一些的。色溫高，光線(xiàn)刺眼就厲害。色溫在6 000 K以下，刺眼的感覺(jué)就明顯減輕，同時(shí)使用者也有一個(gè)適應的過(guò)程。
另外，經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)光學(xué)設計燈罩的作用，即在標準燈罩內壁加以經(jīng)專(zhuān)業(yè)光學(xué)設計的截光器，當光線(xiàn)通過(guò)該截光器時(shí)，由于截光器的材質(zhì)為經(jīng)特殊角度設定的高反射率鋁質(zhì)表層，可以消除來(lái)自任何角度的眩光干攏，刺眼的光線(xiàn)不再射入眼睛，當然保護眼；同時(shí)，光線(xiàn)也被該截光器導向為有效的垂直光，確保照射區域的柔和明亮。
6 結語(yǔ)
通過(guò)以上的分析，對二極管的散熱及LED燈的二次散熱目前技術(shù)上是成熟的，對LED燈的本質(zhì)安全型電路的設計是可行的。目前國家和政府對煤礦安全生產(chǎn)工作極為重視，提倡企業(yè)研究開(kāi)發(fā)本質(zhì)安全型產(chǎn)品，因此井下照明燈中隔爆型或增安型燈具被本質(zhì)安全型燈具取代是一種趨勢，該產(chǎn)品的市場(chǎng)前景相當廣闊。
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