LED日光燈 性能、電源、結構和壽命

　　最近以來(lái)，LED日光燈成為最早進(jìn)入室內的LED燈具之一，因為它相對于熒光燈來(lái)說(shuō)具有很多優(yōu)點(diǎn)。

　　一.優(yōu)點(diǎn)

　　相對于熒光燈來(lái)說(shuō)，LED日光燈具有10大優(yōu)點(diǎn)：

　　1．發(fā)光效率高：

　　熒光燈的發(fā)光效率大約是55-80 lm/W（Philips公司T8熒光燈的發(fā)光效率為72lm/W），而LED的發(fā)光效率在100 lm/W以上，最近Cree公司的XLampXP-G的發(fā)光效率已經(jīng)到130流明/W，而且以后還會(huì )不斷提升。二者之差現在已經(jīng)將近一倍。而以后有可能達到3倍以上。

　　2．燈具效率高：

　　燈具的效率主要是指有效光效，因為熒光燈是360度發(fā)光的，而在反方向發(fā)出的光就沒(méi)有什么用處。所以熒光燈通常采用一個(gè)白色的燈罩，可以把相當一部分的反向光反射回來(lái)，一般來(lái)說(shuō)，熒光燈的燈具效率大約只有70%。而LED日光燈則是120度發(fā)光的，所以全部光都是有效光。雖然有時(shí)候也會(huì )覺(jué)得120度發(fā)光角度窄了一點(diǎn)，不過(guò)大多數情況下還是夠用的。而且這個(gè)發(fā)光角度也是可以根據需要來(lái)加以調整的。

　　前面提到Philips的T8熒光燈的發(fā)光效率為72lm/W，36W的熒光燈一共發(fā)出2592流明，但是燈具效率只有70%，所以有效的流明數為1814.4流明，而LED的發(fā)光效率已經(jīng)超過(guò)130lm/W，假定為100lm/W，那么只要18W就可以達到1800流明，也就是只要熒光燈一半的功率就可以有相同的亮度。

　　而且LED的發(fā)光效率還在逐年升高。

　　3．電源效率高

　　因為所有燈具除白熾燈以外都是需要有專(zhuān)門(mén)的電源供電的，電源的效率也就影響了整個(gè)燈具的效率。

　　下面以Philips公司的36WT8熒光燈為例。它的額定輸出功率為36W，但是由于接入了電感鎮流器，實(shí)測輸入功率為42.4W，也就是鐵芯電感損耗了6.4W,效率降低為85%，大多數國產(chǎn)的鐵芯電感功耗在10W以上，功率因素低于0.512。而LED的電源效率通常高達90%，一個(gè)18W的LED日光燈只要20W的輸入功率。功率因素也可以達到0.9以上。

　　和熒光燈相比大約可以節省一半以上的電，也就是說(shuō)采用一個(gè)18瓦的LED日光燈可以取代一個(gè)36瓦的熒光燈。

　　不僅如此，LED日光燈還有很多其他優(yōu)點(diǎn)：

　　4．壽命長(cháng)：一個(gè)仔細設計的LED日光燈的壽命可以達到5萬(wàn)小時(shí)。而一個(gè)熒光燈的壽命通常只有5,000小時(shí)（有些國產(chǎn)的熒光燈壽命只有300小時(shí)）。二者相差將近10倍。最好的長(cháng)壽命日光燈也只有10,000小時(shí)，二者也還相差5倍。

　　5．不含汞，無(wú)污染。我們知道，熒光燈都含有汞。36mm熒光燈中含有25-45mg的汞，26mm（T8）中含有20mg的汞。而熒光燈都是采用易碎的玻璃作為外殼，一旦玻璃破碎，其中的汞就會(huì )馬上就會(huì )蒸發(fā)到空氣中，瞬間可使周?chē)諝庵械墓瘽舛冗_到10-20毫克/立方米，超過(guò)國家規定的1000-2000倍。而汞是一種對人體十分有害的有毒物質(zhì)，汞蒸氣達0.04至3毫克時(shí)會(huì )使人在2至3月內慢性中毒，達1.2至8.5毫克時(shí)會(huì )誘發(fā)急性汞中毒，如若其量達到20毫克，會(huì )直接導致動(dòng)物死亡。而1mg的汞就足以污染5454.5公斤的飲用水，使之達不到飲用標準。而LED日光燈中不含任何有毒物質(zhì)，是一種完全綠色環(huán)保無(wú)污染光源。

　　6．色溫范圍廣，幾乎可以提供任意色溫，而且還可以提供紅綠藍以至任何一種顏色的燈光。

　　7．顯色指數高，白熾燈的顯色指數為95，熒光燈為65-80，而LED日光燈則可以>80。

　　8．沒(méi)有紫外線(xiàn)輻射。

　　9．非玻璃制品，不易破損，耐沖擊，耐振動(dòng)。

　　10．外置隔離電源的LED日光燈，在燈管兩端都接觸不到市電高壓，只有低于36V的直流安全電壓，不存在觸電的危險，完全是一種安全的燈具。

　　二．價(jià)格

　　目前LED日光燈唯一的缺點(diǎn)就是價(jià)格高。

　　不過(guò)盡管目前LED日光燈的價(jià)格大約是熒光燈的十倍左右，如果聯(lián)系到它的壽命、節電和無(wú)污染來(lái)看，仍然是合算的。因為如果和壽命為5,000小時(shí)的熒光燈相比，那么壽命為5萬(wàn)小時(shí)的LED日光燈就已經(jīng)值得花10倍的價(jià)錢(qián)去買(mǎi)，而在其間所節省的電能就完全是純收益了。在日本，因為熒光燈含汞，所以壞掉的熒光燈還要付出和買(mǎi)一個(gè)新的日光燈同樣的錢(qián)作為有毒物質(zhì)處理費。所以，在日本即使采用長(cháng)壽命（10,000小時(shí)）的熒光燈，所付出的錢(qián)也相當于貴10倍的LED日光燈。

　　在一些24小時(shí)連續工作的場(chǎng)地，例如地下停車(chē)場(chǎng)、24小時(shí)加班生產(chǎn)的工廠(chǎng)等地方。節電也是十分重要的。如上所述，一根T8的LED日光燈大約可以節省20瓦電，一年下來(lái)就可以節省20x365x24/1000=175.2度電。假如以每度電0.7元計算，那么一年下來(lái)，可以節省電費122.64元，兩年下來(lái)，就可以節省出這根LED日光燈的成本。以后所節省的電費就成為純收益了。

　　所以現在國外有一種稱(chēng)之為EMC（能源管理合同Energy Management Contract）作法。就是由一家財團或銀行出資。替一個(gè)地下停車(chē)場(chǎng)或商場(chǎng)免費安裝LED日光燈，但是要向業(yè)主收取所有節省下來(lái)的電費，協(xié)議有效期可能為5年。只要2年以后，就可以回收所有投資，第三年開(kāi)始，所有節省下來(lái)的電費就變成是純收益了。這是一個(gè)十分有利的投資項目。國內也開(kāi)始有人這樣做了。

　　更何況按照Haitz定律，LED的價(jià)格每十年將降低十倍！

　　三．LED

　　為了得到比較均勻的發(fā)光和把熱量分散開(kāi)，LED日光燈通常都是采用很多個(gè)小功率的LED燈珠串并聯(lián)而構成。小功率LED有兩種，一種是插針式，俗稱(chēng)草帽管，還有一種是貼片式。早期LED日光燈大都用草帽管，但是這種插針式LED因為熱阻大（高達450°C/W），光衰嚴重，所以現在已經(jīng)很少人用，而大多數采用貼片式的了。各種LED的主要指標為發(fā)光效率，小功率LED通常直接以其發(fā)光的流明數表示，壽命（通常以在多少結溫時(shí)的壽命來(lái)表示），和熱阻Rjs。

　　幾種常用的貼片式LED的指標如下所示：

（a） （b）
圖3. 3020（a）的散熱和3014（b）的底板散熱機構

　　由于3020只有兩端電極焊接散熱，而3014采用了底板散熱，所以二者的熱阻相差3倍多，二者的壽命也相差兩倍多。3014 工作于30mA，所以它的發(fā)光也高達9流明。相當于90 lm/W的發(fā)光效率。

　　在日光燈里所用的LED數目通常在200顆以上，顯然不可能全部串聯(lián)，而必須串并聯(lián)。一般來(lái)說(shuō)，希望串得少的，并得多，這樣，一旦某一串中有一個(gè)LED開(kāi)路，只會(huì )使這一串不亮，而這一串的電流將分攤到剩余的幾路中去。例如，總數為200個(gè)的LED，假如連結成8串25并，每串30mA，25串的總電流750mA，有一串壞了，每一串的電流只增加了1.25mA。反過(guò)來(lái)，假如連成25串8并，每串30mA，8串總電流240mA，一串開(kāi)路，30mA 就分到剩下的7路中，每路就要平均增加4.28mA。不過(guò)有的LED每個(gè)都有一個(gè)并聯(lián)的穩壓二極管保護，即使有一個(gè)LED開(kāi)路，這一串也不會(huì )都不亮，而只是這一個(gè)LED不亮而已。上述問(wèn)題就不存在。

　　此外，假如串聯(lián)的LED數目少于10個(gè)，那么它所需要的電源電壓低于35V，也就低于國際安全電壓。

　　究竟串多少并多少，還和電源的可能性有關(guān)。這將在下一節中討論。

　　四．電源

　　LED日光燈的電源分為內置式和外置式兩種。所謂內置式就是指電源可以放在燈管內部。這種內置式的最大優(yōu)點(diǎn)就是可以做成直接替換現有的熒光燈管，而無(wú)需作任何改動(dòng)。所以?xún)戎檬降男螤疃际亲龀砷L(cháng)條形，以便塞進(jìn)半圓形的燈管中去。
下面先介紹兩種內置式，非隔離型和隔離型。

　　1．非隔離式恒流電源： 非隔離是指在負載端和輸入端有直接連接，因此觸摸負載就有觸電的危險。

　　目前用得最多的是非隔離直接降壓型電源。也就是把交流電整流以后得到直流高壓，然后就直接用降壓（Buck）電路進(jìn)行降壓和恒流控制。其電原理圖如下圖所示：

　　圖1. 非隔離恒流源的電原理圖

　　這種非隔離式電源的主要技術(shù)特點(diǎn)：從18V到450V的寬電壓輸入范圍，恒流輸出；采用頻率抖動(dòng)減少電磁干擾，利用隨