最近以來,LED日光燈成為最早進(jìn)入室內(nèi)的LED燈具之一,因?yàn)樗鄬?duì)于熒光燈來說具有很多優(yōu)點(diǎn)。

　　一. 優(yōu)點(diǎn)

　　相對(duì)于熒光燈來說,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(xiàn)在已經(jīng)將近一倍,而以后有可能達(dá)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?yàn)闊晒鉄羰?60度發(fā)光的,而在反方向發(fā)出的光就沒有什么用處。所以熒光燈通常采用一個(gè)白色的燈罩,可以把相當(dāng)一部分的反向光反射回來,一般來說,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)覺得120度發(fā)光角度窄了一點(diǎn),不過大多數(shù)情況下還是夠用的。而且這個(gè)發(fā)光角度也是可以根據(jù)需要來加以調(diào)整的。

　　3.LED光效高

　　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(shù)為1814.4流明,而LED的發(fā)光效率已經(jīng)超過130lm/W,假定為100lm/W,那么只要18W就可以達(dá)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。

　　4.電源效率高

　　因?yàn)樗袩艟叱谉霟粢酝舛际切枰袑ｉT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(zhèn)流器,實(shí)測(cè)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(shù)國(guó)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(dá)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(dá)到0.9以上。

　　和熒光燈相比大約可以節(jié)省一半以上的電,也就是說采用一個(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)：

　　5.壽命長(zhǎng)：

　　一個(gè)仔細(xì)設(shè)計(jì)的LED日光燈的壽命可以達(dá)到5萬小時(shí)。而一個(gè)熒光燈的壽命通常只有5,000小時(shí)(有些國(guó)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(zhǎng)壽命日光燈也只有10,000小時(shí),二者也還相差5倍。

　　6. 不含汞,無污染。

　　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,瞬間可使周圍空氣中的汞濃度達(dá)到10-20毫克/立方米,超過國(guó)家規(guī)定的1000-2000倍。而汞是一種對(duì)人體十分有害的有毒物質(zhì),汞蒸氣達(dá)0.04至3毫克時(shí)會(huì)使人在2至3月內(nèi)慢性中毒,達(dá)1.2至8.5毫克時(shí)會(huì)誘發(fā)急性汞中毒,如若其量達(dá)到20毫克,會(huì)直接導(dǎo)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(dá)不到飲用標(biāo)準(zhǔn)。而LED日光燈中不含任何有毒物質(zhì),是一種完全綠色環(huán)保無污染光源。

　　7.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(lán)以至任何一種顏色的燈光。

　　8. 顯色指數(shù)高,白熾燈的顯色指數(shù)為95,熒光燈為65-80,而LED日光燈則可以>80。沒有紫外線輻射。

　　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(xiǎn),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(jié)電和無污染來看,仍然是合算的。因?yàn)槿绻蛪勖鼮?,000小時(shí)的熒光燈相比,那么壽命為5萬小時(shí)的LED日光燈就已經(jīng)值得花10倍的價(jià)錢去買,而在其間所節(jié)省的電能就完全是純收益了。在日本,因?yàn)闊晒鉄艉?所以壞掉的熒光燈還要付出和買一個(gè)新的日光燈同樣的錢作為有毒物質(zhì)處理費(fèi)。所以,在日本即使采用長(zhǎng)壽命(10,000小時(shí))的熒光燈,所付出的錢也相當(dāng)于貴10倍的LED日光燈。

　　在一些24小時(shí)連續(xù)工作的場(chǎng)地,例如地下停車場(chǎng)、24小時(shí)加班生產(chǎn)的工廠等地方。節(jié)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(jié)省20瓦電,一年下來就可以節(jié)省20x365x24/1000=175.2度電。假如以每度電0.7元計(jì)算,那么一年下來,可以節(jié)省電費(fèi)122.64元,兩年下來,就可以節(jié)省出這根LED日光燈的成本。以后所節(jié)省的電費(fèi)就成為純收益了。

　　所以現(xiàn)在國(guó)外有一種稱之為EMC(能源管理合同Energy Management Contract)作法。就是由一家財(cái)團(tuán)或銀行出資。替一個(gè)地下停車場(chǎng)或商場(chǎng)免費(fèi)安裝LED日光燈,但是要向業(yè)主收取所有節(jié)省下來的電費(fèi),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,第三年開始,所有節(jié)省下來的電費(fèi)就變成是純收益了。這是一個(gè)十分有利的投資項(xiàng)目。國(guó)內(nèi)也開始有人這樣做了。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,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(gòu)成。小功率LED有兩種,一種是插針式,俗稱草帽管,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?yàn)闊嶙璐?高達(dá)450°C/W),光衰嚴(yán)重,所以現(xiàn)在已經(jīng)很少人用,而大多數(shù)采用貼片式的了。各種LED的主要指標(biāo)為發(fā)光效率,小功率LED通常直接以其發(fā)光的流明數(shù)表示,壽命(通常以在多少結(jié)溫時(shí)的壽命來表示),和熱阻Rjs。

　　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(dá)9流明。相當(dāng)于90 lm/W的發(fā)光效率。

　　在日光燈里所用的LED數(shù)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)。一般來說,希望串得少的,并得多,這樣,一旦某一串中有一個(gè)LED開路,只會(huì)使這一串不亮,而這一串的電流將分?jǐn)偟绞Ｓ嗟膸茁分腥?。例?總數(shù)為200個(gè)的LED,假如連結(jié)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。反過來,假如連成25串8并,每串30mA,8串總電流240mA,一串開路,30mA 就分到剩下的7路中,每路就要平均增加4.28mA。

　　不過有的LED每個(gè)都有一個(gè)并聯(lián)的穩(wěn)壓二極管保護(hù),即使有一個(gè)LED開路,這一串也不會(huì)都不亮,而只是這一個(gè)LED不亮而已。上述問題就不存在。

　　此外,假如串聯(lián)的LED數(shù)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(guó)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(jié)中討論。

　　四.電源

　　LED日光燈的電源分為內(nèi)置式和外置式兩種。所謂內(nèi)置式就是指電源可以放在燈管內(nèi)部。這種內(nèi)置式的最大優(yōu)點(diǎn)就是可以做成直接替換現(xiàn)有的熒光燈管,而無需作任何改動(dòng)。所以內(nèi)置式的形狀都是做成長(zhǎng)條形,以便塞進(jìn)半圓形的燈管中去。

　　下面先介紹兩種內(nèi)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(fù)載端和輸入端有直接連接,因此觸摸負(fù)載就有觸電的危險(xiǎn)。

　　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,利用隨機(jī)源來調(diào)制振蕩頻率,這樣可以擴(kuò)展音頻能量譜,擴(kuò)展后的能量譜可以有效減小帶內(nèi)電磁干擾,降低系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)難度;可用線性及PWM調(diào)光,支持上百個(gè)0.06W LED的驅(qū)動(dòng)應(yīng)用,工作頻率25KHz-300KHz,可通過外部電阻來設(shè)定。

　　非隔離恒流源的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、指標(biāo)高,它的輸出電流可以按LED串并聯(lián)的個(gè)數(shù)決定。但是大多數(shù)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(zhǎng)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法實(shí)現(xiàn),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(shù)不變,就要求串聯(lián)的數(shù)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。只能維持原來的22串,這樣LED的總數(shù)就只能是176顆,即使采用30mA,其總流明數(shù)有可能不能滿足要求。

　　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?yàn)榉歉綦x的電源會(huì)把交流電源的高壓引入到負(fù)載端,從而引起觸電的危險(xiǎn)。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(xiàn)象,使得難以通過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?？梢员苊庥|電的危險(xiǎn)。

　　一般來說,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(nèi)置式電源的優(yōu)點(diǎn)和代價(jià)

　　內(nèi)置式電源的最大優(yōu)點(diǎn)就是能夠直接替換現(xiàn)有采用電感鎮(zhèn)流器的熒光燈,而不需要拆去任何東西。

　　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,所以它仍然帶來將近6.4-10W的損耗,結(jié)果使得這部分的額外損耗大大降低了LED的節(jié)電功效。例如,本來一個(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(xiàn)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(guó)產(chǎn)的鐵芯電感,其功耗高達(dá)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(jié)電效能大打折扣。不僅如此,由于電源內(nèi)置,電源的熱量也就加入到管內(nèi),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(dāng)于12.6W的電功率變成熱量,現(xiàn)在還要再加上內(nèi)置電源的2.45W的熱量,相當(dāng)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,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。另外真正帶來的問題是使得散熱器的結(jié)構(gòu)不能最佳化。這個(gè)問題才是更為嚴(yán)重的問題,會(huì)使LED壽命降低數(shù)倍之多。這將在以后做詳細(xì)的解釋。

　　假如原來采用的是電子鎮(zhèn)流器(圖5b),那么直接替換所產(chǎn)生的問題就更麻煩了。因?yàn)檫@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(qū)動(dòng)LED。這時(shí)候的效率將變成前面電子鎮(zhèn)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。

　　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?yàn)槟壳巴茝VLED日光燈的主要場(chǎng)所是政府機(jī)關(guān)、辦公室、商場(chǎng)、學(xué)校、地下停車庫(kù)、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(yīng)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開關(guān)電源,統(tǒng)一供電,而每個(gè)日光燈則采用單獨(dú)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。

　　現(xiàn)在大功率的AC/DC開關(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。