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大功率半导体照明的技术方案和组成结构

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标签: 照明

照明

大功率半导体照明的技术方案和组成结构

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大功率半导½灯的制½及其应用
人类的生产和生活离不开照明。电½照明开创了人类文明的新时代。用电½照明需要
有电光源。伟大的发明家爱迪生发明了第一代电光源----½½灯。随着技术的进步,电光源
经历了½½灯、荧光灯、高强度气½放电灯三个时代,发光效率越来越高,人们的生活也随
之更加丰富多½。
近年来,由于半导½光电子技术的进步,又一代新光源----发光二极管的发光效率迅速
提高,预示着一个新光源时代的到来。目前,½产商品化½光发光二极管的发光效率已经达
50lm/w,远远超过了 15lm/w
的½½灯,光效和
60lm/w
的荧光灯相近。日本企业今年计
划量产
100lm/w
以上的½光发光二极管,这一指标超过了
80lm/w
的稀土三基色荧光灯,逼
近光效
140lm/w
的钠灯,就发光二极管的技术½力和发展趋势来看,其发光效率将达到
200lm/w
以上,超过½前光效最高的高强度气½放电灯,成为世界上最亮的光源。因此,业
界认为,半导½照明将创造照明产业的第四次革½。
半导½照明最大量的应用将是普通照明领域。
半导½灯用于普通照明一般要有比较大的
功率。
½然就目前的技术状态来看,
商品化发光二极管的成本和光效还不太适合用于大功率
的普通照明,½由于发光二极管有安全,长寿½,颜色种类多,不怕闪烁,调控方便等优点,
在某些场合应用½够½成综合成本优势,实际上已经开始在大功率照明方面获得应用。
制造大功率半导½灯既可以用大功率发光管也可以用小功率发光管。
½不管是用大功率
管还是用小功率管,
技术关键½是要解决½电源变换问题和灯½的散热问题。
下面分别给出
用大功率发光管和用小功率发光管制做半导½灯的实现方案。
大功率半导½灯的驱动方法
发光二极管是电流驱动的器件,因此,电源变换器的功½就是对原始电源做变换,为发
光二极管提供稳定的单向驱动电流,保证发光管在比较高的发光效率和比较½的光衰下工
½。
用大功率发光二极管制½半导½灯可以½用
AP-2B320
驱动器,
该驱动器用
220
伏交流
市电供电,给发光二极管提供
320mA
稳定的单向电流,可以串连驱动
10----40
1
瓦的大
功率发光二极管工½。适合制½
10—40
瓦的半导½灯。该驱动器½用高频变换技术保持输
出电流的稳定性,效率高,½积小。这种驱动器是模块化结构,无外围元器件。驱动器有四
根引线,两根线接交流市电,两根线接发光管,通电即可工½。驱动器的½积为:
50x38x25mm。
AC 220V
AP-2B320
10—40
1
LED
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用大功率发光二极管制½半导½灯用的发光二极管少,没有外围元器件,结构简单,制
½容易。½目前大功率发光二极管价格相对较高,因此,灯的成本高。
用小功率发光二极管制½大功率半导½灯用的管数很多,所以要用串/并联结构。目前
有两种比较½的技术方案:
第一种方案是用
ZL-220V/0.5A
整流器将交流市电整流滤波,½之成为平滑的直流电,
再½用多个
DP-2B4
驱动器驱动发光管。
DP-2B4
驱动器是专用的小功率发光二极管驱动器,
½用高频变换技术保持输出电流的稳定性,效率高,½积小。高压直流供电,输入电压范围
为直流
240—350
伏,72mA 单向电流输出,可以并联驱动
4
串小功率发光二极管,每串串
联管数为
5—50
只,
最多驱动
200
只小功率发光管。
这种驱动器是模块化结构,
4
根引线,
两根线接电源,两根线接发光管。通电即可工½。驱动器½积为:24x21.5x16.mm。
整流器
AC
220V
DP-2B
4
DP-2B
4
DP-2B
4
小功率发光管输入的功率只有大约
50
毫瓦,如果要制½
30
瓦的半导½灯需要用
600
只小功率发光二极管,600 个小功率发光管需要
3
个驱动器。另外还要配一个带滤波的整流
器。由于输入电流小,配套的整流器连续工½电流大于
300mA
即可。
另一种方案是½用前述的
AP-2B320
驱动器直接并联驱动
18--20
串小功率发光管,
没串
管数
10--50
只。最多可带
1000
只小功率发光管。
AC
220V
AP-2B320
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这种方案灯的结构更简单,成本也比用多个小功率驱动器加整流器的方案½。
发光管在制造时同一种管型正向压降也不可½完全一样,
并且发光二极管的管压降具有
负温度系数,这会导致多串发光管并联½用时各串之间的电流不一致,因此,多串发光管并
联½用每串发光二极管要串联一个电阻以平衡各串发光管之间的电流。
小功率发光管制做大功率半导½灯½用的元器件多,结构复杂,装配麻烦。½由于小功
率发光管价格½,灯的生产成本½。
大功率半导½灯的热设计
灯½的热结构设计是制½半导½灯的另一个不容½视的问题。
½然发光管是冷光源,
½时自身不是灼热½,
½电流流过发光二极管时产生的电阻热还是会½灯½升温,
半导½材
料制½的发光二极管在高温下会迅速老化,光效下降。要减缓发光二极管的光衰,½半导½
灯有长的½用寿½,必须降½发光管管芯的温度,要降½管芯的温度,就要降½灯½温度,
并且要减小发光管和灯½之间的热阻,这就要求解决½半导½灯的散热问题。
解决散热问题主要靠合理的灯½结构。一种解决方案是½用
2--3mm
的铝扳做基扳,大
功率管直接安装在铝板上,
管子之间用引线相连。
小功率管可以按照½用的发光管的数目在
铝扳上打½孔径和发光管外径相同的孔,
再将发光管紧配合镶嵌到铝扳上,
发光管引脚在铝
扳后面相连。灯的外壳也用金属材料制½,装½发光管的铝扳和金属外壳紧密装配,这样,
灯工½时产生的热量可以通过铝扳传导到金属外壳上,
金属外壳暴露在空气中,
热量就可以
通过辐射和对流散去。暴露在空气中的金属外壳的表面积要按照约每瓦
50
平方厘米考虑。
为了既减小灯的½积又保证较大的散热面积,灯½外壳应该是带肋条的散热片结构。
最高管芯工½温度和热阻造成的管芯和管壳之间的温差是热设计最主要的考虑因素,
于大功率发光管来说,1 瓦的大功率发光管热阻约
20℃,也就是说,给标称功率 1
瓦的发光
管输入
1
瓦的电功率管芯温度就比管壳高
20℃。3
瓦管热租约
15℃,给 3
瓦管输入
3
瓦的
电功率管芯温度就比管壳高
45℃,因此,要½ 3
瓦发光管制½的半导½灯和
1
瓦管制½的
半导½灯管芯温度相同, 瓦管制½的灯灯½温度应该比用
1
瓦管制½的灯更½。
3
反过来说,
如果灯½温度相同,用
1
瓦管制½的灯管芯温度比用
3
瓦管制½的½。从这个意义上来看,
3
1
瓦发光管½
3
瓦的灯比用
1
3
瓦管½
3
瓦的灯更有利于降½管芯的温度,并且
3
1
瓦发光管打出的光通量比
1
3
瓦发光管发出的光通量高。
因此,
用大功率发光管制½
半导½灯要合理选择发光管。
为了减少发光二极管产生的热量,
要选用光效高的发光管制做大功率半导½灯,
因为在
输入一定的电功率时,光效高的发光管发出的光½量高,发出的热½量必然少,这样就可以
减小散热片的面积。
大功率半导½灯应用领域举例
一 ½色信号灯和½色照明
大功率½色信号灯和½色照明如果用½½灯做光源再滤光的办法,
只½利用其中比例很
小的有色光,大部分光谱½不½被利用,因此,实际光效极½。而用半导½灯,由于½用各
种颜色的发光管直接生成所需要的光色,
因此,
实际光效比用½½灯做光源再滤波的办法高
得多,既节½又长寿½。典型应用如:信号灯、航标灯、草坪灯、广告灯、红灯笼等等。
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二 背景灯 勾边灯
大功率广告灯箱用的背景灯,
装饰装½和桥梁建筑等用的勾边灯,
用其他光源不½实现,
发光二极管可以随意布局,并且还可以根据需要选用各种颜色。
三 景观灯
在公园,旅游区等景观照明,也可以发挥发光二极管布局灵活,颜色多样性的优势,½
风景更加亮½。
四 路灯等公共照明
有些城市已经开始用半导½灯做路灯或者用于其他公共照明,
这也是未来半导½灯重要
的应用领域之一。
从发展趋势来看,
未来几年内商品化的大功率½光发光二极管的发光效率就会普遍超过
100
流明,
大功率半导½照明的节½优势必将出现。
随着生产技术水平的提高和产量的增加,
发光管的生产成本也会不断降½。
外围技术方面,
模块化的发光管专用电源变换器的品种已
经十分完备,
可以提供从
1
伏直流电到交流市电的各种原始电源的恒流变换,
单个变换器的
功率范围从一瓦以下到几十瓦,变换器½积小,效率高,稳定性½,工½可靠。半导½照明
的核心技术和配套技术½在趋于成熟,
应用范围从专用到通用,
从小功率到大功率不断扩展,
第四次照明产业的革½将为人类社会带来新的光辉。
深圳劲升迪龙科技发展有限公司
冯旭升
电话:13826550467
0755-83301526
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