LED日光燈 性能、電源、結構和壽命

　　非隔離恒流源的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、指標高，它的輸出電流可以按LED串并聯(lián)的個(gè)數決定。但是大多數情況下，它的輸出電流不能太大，輸出電壓也不能太高。例如264個(gè)小功率LED連接成22個(gè)串聯(lián)，12串并聯(lián)，每串20mA，一共240mA。體積也可以做得很小，通常是做成長(cháng)條形的，以便放進(jìn)T10或T8的管子里。假如每串的電流是30mA，12并就是360mA。在有些非隔離的電源中就無(wú)法實(shí)現，為了保持總電流240mA不變，就只能改成8串并聯(lián)。但假如LED的總數不變，就要求串聯(lián)的數目增加到33個(gè)。這時(shí)候總電壓就會(huì )增加到108.9V。但是通常這種非隔離恒流源的允許的最高輸出電壓是80V。只能維持原來(lái)的22串，這樣LED的總數就只能是176顆，即使采用30mA，其總流明數有可能不能滿(mǎn)足要求。

　　圖2. 非隔離降壓式恒流源的外形照片

　　通常其效率大約在88-90%之間，功率因素大約在0.88-0.92之間。

　　然而這種非隔離電源也有一些局限性，因為非隔離的電源會(huì )把交流電源的高壓引入到負載端，從而引起觸電的危險。通常LED和鋁散熱器之間的絕緣也就靠鋁基板的印制板的薄膜絕緣。雖然這個(gè)絕緣層可以耐2000V高壓，但有時(shí)螺絲孔的毛刺會(huì )產(chǎn)生所謂的爬電現象，使得難以通過(guò)CE論證。

　　2．隔離式恒流電源：隔離式是指在輸入端和輸出端有隔離變壓器隔離，這種變壓器可能是工頻也可能是高頻的。但都能把輸入和輸出隔離起來(lái)?？梢员苊庥|電的危險。這種隔離式的日光燈電源原理圖如圖3所示。

　　圖3. 隔離式LED日光燈電源原理圖

　　這種隔離式LED日光燈電源外形照片如下圖所示，

　　圖4隔離式LED日光燈電源的照片

　　一般來(lái)說(shuō)，由于加入了變壓器，所以隔離式電源的效率會(huì )有所降低，通常大約在88%左右。而且變壓器的體積也比較大。放進(jìn)T10燈管還可以，但是放進(jìn)T8的燈管就比較緊張。

　　3．內置式電源的優(yōu)點(diǎn)和代價(jià)

　　內置式電源的最大優(yōu)點(diǎn)就是能夠直接替換現有采用電感鎮流器的熒光燈，而不需要拆去任何東西?，F有熒光燈的電源分兩種，如圖5所示：

（b）電子鎮流器
圖5. 熒光燈電源電路圖

　　我們知道，最普通的熒光燈的起輝是采用一個(gè)串聯(lián)的鐵芯電感和一個(gè)并聯(lián)的起輝器（圖5a）。

　　在直接替換時(shí)，只要拔掉起輝器就可以了。但是由于鐵芯電感仍然串聯(lián)在電路中，所以它仍然帶來(lái)將近6.4-10W的損耗，結果使得這部分的額外損耗大大降低了LED的節電功效。例如，本來(lái)一個(gè)18W的LED日光燈可以取代一個(gè)36W的熒光燈，不論采用上述非隔離式還是隔離式的電源，其效率至少為88％以上，那么其輸入功率為20.45W，現在還要加上這個(gè)額外的6.4W，使得輸入功率變成26.85W，其總效率也就降低為67％，如果采用某些國產(chǎn)的鐵芯電感，其功耗高達10W，輸入功率就要變成30.45W，使得總效率只有59%。這就使LED的節電效能大打折扣。不僅如此，由于電源內置，電源的熱量也就加入到管內，假定電源的效率為88％，所以就有2.45W的熱量也要散去，假定LED本身的發(fā)光效率為30％，也就是有70％的電功率變成熱量，相當于12.6W的電功率變成熱量，現在還要再加上內置電源的2.45W的熱量，相當于增加了20％的熱量。使得LED的散熱又增加的一份困難，或者說(shuō)，使得LED的使用壽命也更加縮短。其實(shí)所增加的這部分熱量還不至于縮短太多的壽命（20%左右），然而把電源放倒管子里面，電源本身就要承受由LED產(chǎn)生的很高的環(huán)境溫度，這就大大降低了電解電容的壽命，也就降低了整個(gè)燈具的壽命。另外真正帶來(lái)的問(wèn)題是使得散熱器的結構不能最佳化。這個(gè)問(wèn)題才是更為嚴重的問(wèn)題，會(huì )使LED壽命降低數倍之多。這將在以后做詳細的解釋。

　　假如原來(lái)采用的是電子鎮流器（圖5b），那么直接替換所產(chǎn)生的問(wèn)題就更麻煩了。因為這時(shí)候加在日光燈兩端的是一個(gè)高頻高壓。必須先用整流器變成直流高壓，再用降壓恒流源去驅動(dòng)LED。這時(shí)候的效率將變成前面電子鎮流器的效率和后面的降壓恒流源效率的乘積，就可能連70%都不到。

[next]

　　4．集中式外置電源

　　為了得到最高的性能最好采用集中式外置電源。因為目前推廣LED日光燈的主要場(chǎng)所是政府機關(guān)、辦公室、商場(chǎng)、學(xué)校、地下停車(chē)庫、地鐵等場(chǎng)所，往往一間房間采用不止一個(gè)日光燈，可能在10個(gè)以上。這時(shí)候就應該采用集中式的外置電源。所謂集中式是指采用一個(gè)大功率的AC/DC開(kāi)關(guān)電源，統一供電，而每個(gè)日光燈則采用單獨的DC/DC恒流模塊。這樣可以得到最高的效率和最大的功率因素。

　　圖5. 集中式外置電源

　　現在大功率的AC/DC開(kāi)關(guān)電源的效率很容易做到95％,功率因素可以做到0.995。而降壓式的DC/DC恒流源的效率也很容易做到98％。這樣總效率可以做到93.1%。這時(shí)的性能可以做到最高。

　　以20W LED燈管為例，假如采用非隔離內置式電源，直接用220V供電和外置式集中供電比較，實(shí)測的結果如下。

　　集中式供電的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見(jiàn)的。而且，它還是一種隔離式電源，在燈管處沒(méi)有220V高壓，只有低于36VDC的直流低壓，也是符合安全使用的條件。

　　另外，這種結構也很容易實(shí)現各種調光方案，例如手動(dòng)調光，光敏調光，只要把調光控制信號送到各個(gè)DC/DC恒流模塊就能實(shí)現。其具體的方框圖如圖6圖7所示。

　　圖6. 手動(dòng)調光日光燈方框圖

　　圖7. 光敏調光日光燈的方框圖

　　五.結構

　　按說(shuō)，LED日光燈既然稱(chēng)為日光燈那么它的結構一定就是熒光燈的模樣，連長(cháng)短、粗細也都一樣，甚至稱(chēng)呼也是T10、T8、T5，也都一樣，也就沒(méi)有什么可以討論的了。其實(shí)則不然。LED日光燈在這方面走了很多彎路，是值得大書(shū)特書(shū)的。
1．全塑燈管，早期的LED日光燈采用的是全塑燈管，因為主要采用非隔離式電源，為了避免觸電問(wèn)題，所以更希望采用全塑燈管。里面采用的是φ5的草帽管LED。但是很快就證明了這種日光燈的光衰很?chē)乐?，壽命非常短，不?000小時(shí)就壞了。這才發(fā)現，最大的問(wèn)題是散熱問(wèn)題。由于把熱量全部封死在管內，根本無(wú)法散出去，再加上草帽管本來(lái)壽命就短，當然不可能長(cháng)壽命。

　　2．半塑半鋁管，在發(fā)現了散熱問(wèn)題以后，就想到采用半塑半鋁的方案（圖8）。

圖8. 半塑半鋁燈管

　　在需要透光的那一半采用塑料，在不需要透光而需要散熱的那一半就采用鋁合金。電源當然是放在鋁管里面?？磥?lái)問(wèn)題似乎是解決了。然而因為L(cháng)ED日光燈的功率通常在20W左右，它的發(fā)熱量還是相當大的。半根鋁管并不能解決它的散熱問(wèn)題。所以又提出另一種散熱的鋁管結構。

　　3．扇骨形鋁管（圖9）。

　　它把電源放到管外，從而可以把半邊鋁殼完全做成散熱器。扇骨形鋁管采用扇骨形狀的散熱結構，大大增加了散熱器面積。相對于半圓形的鋁管來(lái)說(shuō)，它的散熱面積至少增大了3倍以上。再加上電源不放在管內，又