半導(dǎo)體路燈實(shí)現(xiàn)方案和推廣前景
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上傳人：admin 上傳時(shí)間： 2007-09-05 瀏覽次數(shù)： 219 |
半導(dǎo)體材料制作的發(fā)光二極管--LED，近年來(lái)技術(shù)上取得了重大突破，白光發(fā)光管的發(fā)光效率已經(jīng)達(dá)到了熒光燈的水平,08年將達(dá)到鈉燈的水平。半導(dǎo)體光源節(jié)能、長(zhǎng)壽命、安全、環(huán)保、耐閃爍、色彩多樣、調(diào)控方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，必將取代傳統(tǒng)光源引發(fā)照明產(chǎn)業(yè)的又一次革命。
由于光效和成本方面的原因，半導(dǎo)體光源目前還不能在大面積白光泛光照明方面和傳統(tǒng)高效光源競(jìng)爭(zhēng)，但是在小功率照明、局部照明、安全照明、閃爍照明、彩色照明等方面具有傳統(tǒng)光源難于比擬的優(yōu)勢(shì)。
路燈主要是為了照亮路面，屬于局部照明。半導(dǎo)體光源之所以適合用于局部照明，是由于LED是個(gè)點(diǎn)光源，發(fā)光角度便于控制。在生產(chǎn)時(shí)也可以制作成各種發(fā)光角度的產(chǎn)品，也可以利用反光鏡燈方法對(duì)光路做進(jìn)一步的調(diào)理。利用特定發(fā)廣角的光源做局部照明可以使光源發(fā)出的光得到更有效的利用，和不便控制發(fā)光角度的光源相比，可以用比較小的功率達(dá)到滿足要求的局部照明效果，因而實(shí)現(xiàn)節(jié)能。為此，許多企業(yè)進(jìn)行了有益的探索，使半導(dǎo)體路燈逐漸實(shí)用化。但是，從近幾屆照明方面的展會(huì)上看，許多企業(yè)展出的LED路燈根本沒(méi)有考慮和利用LED的特點(diǎn)，做出來(lái)的路燈僅僅是點(diǎn)亮了而已，根本談不上照明效果和節(jié)能效果。為此本文以90瓦的半導(dǎo)體路燈為例介紹半導(dǎo)體路燈的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)方案，以供相關(guān)企業(yè)研制產(chǎn)品時(shí)參考。
做好半導(dǎo)體路燈的基本思路：
做LED路燈首先要考慮照射范圍。路燈要求的是路面照明效果，照空中和路邊的空地不是路燈的任務(wù)。因此，要用多種角度組合的發(fā)光管或者用反光鏡的方法有效的控制光線的分布范圍，使發(fā)光管發(fā)出的光成為一個(gè)長(zhǎng)條形光帶沿路面方向鋪展，實(shí)踐證明，這樣制作的半導(dǎo)體路燈90瓦左右的功率就能超過(guò)250瓦納燈對(duì)路面的照明效果，節(jié)能效果顯著。
要做好半導(dǎo)體路燈首先要合理的選用發(fā)光管。一般來(lái)說(shuō)，做半導(dǎo)體路燈既可以選用小功率發(fā)光管，也可以選用大功率發(fā)光管。但是，實(shí)踐證明，小功率發(fā)光管雖然有發(fā)光器件成本低的優(yōu)勢(shì)，但是，其光衰卻比大功率發(fā)光管快，并且用的管數(shù)太多，裝配麻煩，綜合考慮，選用大功率發(fā)光管比較合理。從目前大功率發(fā)光管的技術(shù)水平來(lái)看，1瓦管光效比較高，用于照明節(jié)能優(yōu)勢(shì)明顯。和1瓦的發(fā)光管相比，3瓦的發(fā)光管光效低于1瓦管，同等光通量下價(jià)格優(yōu)勢(shì)也不明顯，目前選用1瓦管做路燈光源更為合理。
半導(dǎo)體光源結(jié)構(gòu)上和光學(xué)特性上有自身的特點(diǎn)，因此，半導(dǎo)體路燈應(yīng)該按照這些特點(diǎn)設(shè)計(jì)燈具，用傳統(tǒng)燈具外殼換個(gè)半導(dǎo)體燈的燈芯是做不出好半導(dǎo)體燈的。半導(dǎo)體路燈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上要解決好的問(wèn)題是燈體外部造型，發(fā)光管的安裝、照射范圍的調(diào)整、發(fā)光管的散熱、燈體的密封。同時(shí)，所設(shè)計(jì)的燈體結(jié)構(gòu)還要有利于大批量工業(yè)生產(chǎn)。
用1瓦的發(fā)光管做燈發(fā)光管的安裝比較簡(jiǎn)單，如果選用的驅(qū)動(dòng)器是隔離結(jié)構(gòu)的，發(fā)光管的底座和管芯也是絕緣的，只要把發(fā)光管固定在散熱器上就可以了。但是，如果使用的是不隔離結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)器，發(fā)光管和散熱器之間的絕緣處理就比較嚴(yán)格，要能達(dá)到一定的安全標(biāo)準(zhǔn)。絕緣和導(dǎo)熱常常是矛盾的，良好的絕緣結(jié)構(gòu)往往對(duì)散熱不利。因此，建議選用隔離型驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)發(fā)光管。
照射范圍的調(diào)整是做好半導(dǎo)體燈的重要環(huán)節(jié)。為了有效的利用光線，應(yīng)該發(fā)揮發(fā)光管照射方向便于調(diào)控的優(yōu)勢(shì)，使發(fā)光管發(fā)出的光形成一條光帶鋪在路面上，而不要在無(wú)效方向上散射。要做到這一點(diǎn)，結(jié)構(gòu)上最簡(jiǎn)單的辦法是用多種角度的發(fā)光管組合，或者用反光鏡、透鏡的方法控制照射角度，分別兼顧不同的照射距離。比如，用發(fā)光角60度、30度、15度的三種發(fā)光管組合，分別用于照射附近、中、遠(yuǎn)距離路面的照明，使發(fā)光管輸出的光均勻的覆蓋兩盞燈之間的半距離路面，覆蓋寬度基本上和路面寬度吻合，這樣就可以用比較小的功率有效的照明道路。使之實(shí)現(xiàn)最佳照明效果。要達(dá)到這樣的照明效果，發(fā)光管的安裝角度必須合理。
發(fā)光管的散熱是半導(dǎo)體燈要重點(diǎn)解決好的問(wèn)題。發(fā)光管是冷光源，不象白熾燈那樣產(chǎn)生灼熱的高溫，但是，發(fā)光管本身耐溫能力比較差，所以必須將發(fā)光管工作時(shí)產(chǎn)生的熱量有效的散發(fā)到空氣中去，保證發(fā)光管工作在安全的溫度下，這樣半導(dǎo)體燈才能真正的體現(xiàn)出長(zhǎng)壽命的優(yōu)勢(shì)。
發(fā)光管的管芯和白光發(fā)光管涂覆的熒光粉都是在幾百度的高溫條件下生產(chǎn)出來(lái)的，本身有一定的耐溫能力。但是，發(fā)光管的管殼和管芯之間存在熱阻，這個(gè)熱阻使發(fā)光管在使用時(shí)管殼和管芯之間出現(xiàn)溫差，管芯的溫度會(huì)高于外殼溫度。目前發(fā)光管外部封裝的材料主要是有機(jī)材料，在高溫下容易老化。這會(huì)影響發(fā)光管光線的透出，因而降低發(fā)光管的外部光效。為了不使高溫降低發(fā)光管的發(fā)光效能，就要把發(fā)光管使用時(shí)產(chǎn)生的熱量散出去。但要散到什么程度？散熱器溫度和發(fā)光管管芯溫度有什么關(guān)系？這是必須要明白的問(wèn)題。
由于發(fā)光管生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步，大功率發(fā)光管內(nèi)部的熱阻越來(lái)越低，目前1瓦的發(fā)光管的熱阻普遍在15度/瓦以下，也就是說(shuō)，給1瓦的發(fā)光管加1瓦的電功率，管芯比管殼的溫度只高15度。按照目前發(fā)光管管芯材料的耐溫水平，管芯溫度不超過(guò)150度就能長(zhǎng)期安全的工作。這樣推算，外殼溫度在135度時(shí)可以安全使用。但是，由于外殼封裝材料的限制，實(shí)際使用中的管殼溫度最好不超過(guò)70度，這樣管芯溫度只有85度，發(fā)光管的透明封裝材料也不會(huì)快速老化。長(zhǎng)期穩(wěn)定工作沒(méi)有問(wèn)題。因此，沒(méi)有必要將半導(dǎo)體燈工作時(shí)的溫度降得很低，但必須減小發(fā)光管外殼和燈體外殼之間的熱阻，這樣就可以以比較小的體積和比較低的成本生產(chǎn)穩(wěn)定工作的半導(dǎo)體燈。
半導(dǎo)體路燈燈體的體積都比較大，因此，散熱的有效的方法是充分利用燈體的外殼實(shí)現(xiàn)散熱。要做到這一點(diǎn)，首先要使發(fā)光管產(chǎn)生的熱量能夠順利的傳導(dǎo)到外殼上，再就是外殼要有足夠的面積和空氣接觸以實(shí)現(xiàn)有效的熱交換。問(wèn)題是，怎樣合理的把發(fā)光管產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)到外殼上，怎樣有效的增大外殼和空氣的接觸面，并且有利于空氣在外殼表面上的流動(dòng)，就是燈體熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要解決的問(wèn)題。
由于光效和成本方面的原因，半導(dǎo)體光源目前還不能在大面積白光泛光照明方面和傳統(tǒng)高效光源競(jìng)爭(zhēng)，但是在小功率照明、局部照明、安全照明、閃爍照明、彩色照明等方面具有傳統(tǒng)光源難于比擬的優(yōu)勢(shì)。
路燈主要是為了照亮路面，屬于局部照明。半導(dǎo)體光源之所以適合用于局部照明，是由于LED是個(gè)點(diǎn)光源，發(fā)光角度便于控制。在生產(chǎn)時(shí)也可以制作成各種發(fā)光角度的產(chǎn)品，也可以利用反光鏡燈方法對(duì)光路做進(jìn)一步的調(diào)理。利用特定發(fā)廣角的光源做局部照明可以使光源發(fā)出的光得到更有效的利用，和不便控制發(fā)光角度的光源相比，可以用比較小的功率達(dá)到滿足要求的局部照明效果，因而實(shí)現(xiàn)節(jié)能。為此，許多企業(yè)進(jìn)行了有益的探索，使半導(dǎo)體路燈逐漸實(shí)用化。但是，從近幾屆照明方面的展會(huì)上看，許多企業(yè)展出的LED路燈根本沒(méi)有考慮和利用LED的特點(diǎn)，做出來(lái)的路燈僅僅是點(diǎn)亮了而已，根本談不上照明效果和節(jié)能效果。為此本文以90瓦的半導(dǎo)體路燈為例介紹半導(dǎo)體路燈的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)方案，以供相關(guān)企業(yè)研制產(chǎn)品時(shí)參考。
做好半導(dǎo)體路燈的基本思路：
做LED路燈首先要考慮照射范圍。路燈要求的是路面照明效果，照空中和路邊的空地不是路燈的任務(wù)。因此，要用多種角度組合的發(fā)光管或者用反光鏡的方法有效的控制光線的分布范圍，使發(fā)光管發(fā)出的光成為一個(gè)長(zhǎng)條形光帶沿路面方向鋪展，實(shí)踐證明，這樣制作的半導(dǎo)體路燈90瓦左右的功率就能超過(guò)250瓦納燈對(duì)路面的照明效果，節(jié)能效果顯著。
要做好半導(dǎo)體路燈首先要合理的選用發(fā)光管。一般來(lái)說(shuō)，做半導(dǎo)體路燈既可以選用小功率發(fā)光管，也可以選用大功率發(fā)光管。但是，實(shí)踐證明，小功率發(fā)光管雖然有發(fā)光器件成本低的優(yōu)勢(shì)，但是，其光衰卻比大功率發(fā)光管快，并且用的管數(shù)太多，裝配麻煩，綜合考慮，選用大功率發(fā)光管比較合理。從目前大功率發(fā)光管的技術(shù)水平來(lái)看，1瓦管光效比較高，用于照明節(jié)能優(yōu)勢(shì)明顯。和1瓦的發(fā)光管相比，3瓦的發(fā)光管光效低于1瓦管，同等光通量下價(jià)格優(yōu)勢(shì)也不明顯，目前選用1瓦管做路燈光源更為合理。
半導(dǎo)體光源結(jié)構(gòu)上和光學(xué)特性上有自身的特點(diǎn)，因此，半導(dǎo)體路燈應(yīng)該按照這些特點(diǎn)設(shè)計(jì)燈具，用傳統(tǒng)燈具外殼換個(gè)半導(dǎo)體燈的燈芯是做不出好半導(dǎo)體燈的。半導(dǎo)體路燈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上要解決好的問(wèn)題是燈體外部造型，發(fā)光管的安裝、照射范圍的調(diào)整、發(fā)光管的散熱、燈體的密封。同時(shí)，所設(shè)計(jì)的燈體結(jié)構(gòu)還要有利于大批量工業(yè)生產(chǎn)。
用1瓦的發(fā)光管做燈發(fā)光管的安裝比較簡(jiǎn)單，如果選用的驅(qū)動(dòng)器是隔離結(jié)構(gòu)的，發(fā)光管的底座和管芯也是絕緣的，只要把發(fā)光管固定在散熱器上就可以了。但是，如果使用的是不隔離結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)器，發(fā)光管和散熱器之間的絕緣處理就比較嚴(yán)格，要能達(dá)到一定的安全標(biāo)準(zhǔn)。絕緣和導(dǎo)熱常常是矛盾的，良好的絕緣結(jié)構(gòu)往往對(duì)散熱不利。因此，建議選用隔離型驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)發(fā)光管。
照射范圍的調(diào)整是做好半導(dǎo)體燈的重要環(huán)節(jié)。為了有效的利用光線，應(yīng)該發(fā)揮發(fā)光管照射方向便于調(diào)控的優(yōu)勢(shì)，使發(fā)光管發(fā)出的光形成一條光帶鋪在路面上，而不要在無(wú)效方向上散射。要做到這一點(diǎn)，結(jié)構(gòu)上最簡(jiǎn)單的辦法是用多種角度的發(fā)光管組合，或者用反光鏡、透鏡的方法控制照射角度，分別兼顧不同的照射距離。比如，用發(fā)光角60度、30度、15度的三種發(fā)光管組合，分別用于照射附近、中、遠(yuǎn)距離路面的照明，使發(fā)光管輸出的光均勻的覆蓋兩盞燈之間的半距離路面，覆蓋寬度基本上和路面寬度吻合，這樣就可以用比較小的功率有效的照明道路。使之實(shí)現(xiàn)最佳照明效果。要達(dá)到這樣的照明效果，發(fā)光管的安裝角度必須合理。
發(fā)光管的散熱是半導(dǎo)體燈要重點(diǎn)解決好的問(wèn)題。發(fā)光管是冷光源，不象白熾燈那樣產(chǎn)生灼熱的高溫，但是，發(fā)光管本身耐溫能力比較差，所以必須將發(fā)光管工作時(shí)產(chǎn)生的熱量有效的散發(fā)到空氣中去，保證發(fā)光管工作在安全的溫度下，這樣半導(dǎo)體燈才能真正的體現(xiàn)出長(zhǎng)壽命的優(yōu)勢(shì)。
發(fā)光管的管芯和白光發(fā)光管涂覆的熒光粉都是在幾百度的高溫條件下生產(chǎn)出來(lái)的，本身有一定的耐溫能力。但是，發(fā)光管的管殼和管芯之間存在熱阻，這個(gè)熱阻使發(fā)光管在使用時(shí)管殼和管芯之間出現(xiàn)溫差，管芯的溫度會(huì)高于外殼溫度。目前發(fā)光管外部封裝的材料主要是有機(jī)材料，在高溫下容易老化。這會(huì)影響發(fā)光管光線的透出，因而降低發(fā)光管的外部光效。為了不使高溫降低發(fā)光管的發(fā)光效能，就要把發(fā)光管使用時(shí)產(chǎn)生的熱量散出去。但要散到什么程度？散熱器溫度和發(fā)光管管芯溫度有什么關(guān)系？這是必須要明白的問(wèn)題。
由于發(fā)光管生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步，大功率發(fā)光管內(nèi)部的熱阻越來(lái)越低，目前1瓦的發(fā)光管的熱阻普遍在15度/瓦以下，也就是說(shuō)，給1瓦的發(fā)光管加1瓦的電功率，管芯比管殼的溫度只高15度。按照目前發(fā)光管管芯材料的耐溫水平，管芯溫度不超過(guò)150度就能長(zhǎng)期安全的工作。這樣推算，外殼溫度在135度時(shí)可以安全使用。但是，由于外殼封裝材料的限制，實(shí)際使用中的管殼溫度最好不超過(guò)70度，這樣管芯溫度只有85度，發(fā)光管的透明封裝材料也不會(huì)快速老化。長(zhǎng)期穩(wěn)定工作沒(méi)有問(wèn)題。因此，沒(méi)有必要將半導(dǎo)體燈工作時(shí)的溫度降得很低，但必須減小發(fā)光管外殼和燈體外殼之間的熱阻，這樣就可以以比較小的體積和比較低的成本生產(chǎn)穩(wěn)定工作的半導(dǎo)體燈。
半導(dǎo)體路燈燈體的體積都比較大，因此，散熱的有效的方法是充分利用燈體的外殼實(shí)現(xiàn)散熱。要做到這一點(diǎn)，首先要使發(fā)光管產(chǎn)生的熱量能夠順利的傳導(dǎo)到外殼上，再就是外殼要有足夠的面積和空氣接觸以實(shí)現(xiàn)有效的熱交換。問(wèn)題是，怎樣合理的把發(fā)光管產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)到外殼上，怎樣有效的增大外殼和空氣的接觸面，并且有利于空氣在外殼表面上的流動(dòng)，就是燈體熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要解決的問(wèn)題。
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