LED室内照明方案策划.ppt

,1,上海龙茂微电子公司,,LED室内光源设计 上海龙茂微电子有限公司 茅于海、朱惠泉 2010/04,2,全世界的照明用电,全世界的照明用电占全部用电量的20-22% 其中40%为白炽灯照明 每年耗电2万亿度电 我国2008年照明用电4100亿度 预计2010年中国用电量达到2.7万亿度 其中照明用电超过3000亿度 LED用电量为白炽灯的1/10 每年可节省1000亿度电，相当一个三峡水电站,3,各种光源的发光效率,4,室内照明的特点,应用范围广 距离范围广 应用决定要求 有个性化要求,5,（一） 室内照明的应用场合,6,机场,层高高（可达15米以上） 范围广（可达数千平米） 要求照度高（旅客阅读需要）、均匀、无眩光、柔和自然 充分利用新兴高效反光材料 目前主要采用高瓦数（150W）金卤灯 主要以暖白LED为主、冷白为辅 可大量采用PAR38（24W）及LED日光灯,7,机场照明设计举例（1）,8,机场照明设计举例（2）,9,地下车库照明（一）,10,地下车库的照明设计,正常照明：亮度均匀，避免眩光 汽车库建筑设计规范JGJ1009 应急照明：疏散指示照明，疏散照明 汽车库、修车库、停车场设计防 火规范 GB600679,11,地铁车站的照明,12,商场,分为公共区、室内、橱窗 公共区以天窗、日光灯为主 室内以日光灯、大功率射灯（PAR灯）为主 橱窗以小功率射灯、MR16为主,13,天光和人造光的搭配,14,商场室内以大功率PAR灯为主,15,橱窗照明以各种功率射灯为主,16,餐馆的照明,不宜过亮 以暖白为主 除总体照明外增加局部照明,17,办公室和学校,面积从几十平米到几百平米 以LED日光灯为主（两根装或三根装） 以冷白为主（4700-5800K） 要求照度高，以满足阅读需要 可采用光敏调光日光灯,18,家居的照明（1）,客厅采用高亮度，冷白色为主,19,家居的照明（2）,卧室采用低亮度、暖白色为主 要隐藏光源、不可有眩光 需要可调亮度,20,（二） 各种应用的技术指标要求,21,照明亮度,首先要确定各种应用场合对照明亮度的要求 确定光源点的位置 从应用的角度来说，要确定离光源距离处的照度，以Lux表示。 对于光源来说则是以发出的光通量来表示，其单位是流明Lm 最后根据其所采用的LED发光效率决定其所需要的功率,22,照度是光通量、距离和角度的函数,23,LED可以用较低照度,日本松下公司发现和卤素灯相比LED可以采用较低照度而得到相同的照明效果 基于相对亮度制定了Feu指标 卤素灯为1000 Lux，而LED只要800 Lux就可以得到相同的Feu 这是因为人眼对LED主观感觉上有较高的亮度,24,色温,25,LED的色温,LED几乎可以实现所有色温 因为可以采用RGB合成 但常用3种色温,26,常用色温,1、低色温：色温在3300K以下，光色偏红给以温暖的感觉；有稳重的气氛，温暖的觉；当採用低色温光源照射时，能使红色更鲜艳。 2、中色温:色温在3000-6000K为中间,人在此色调下无特别明显的视觉心理效,有爽快的感觉;所以称为“中性“色温.当采用中色温光源照射时,使蓝色具有清凉感. 3、高色温:色温超过6000K,光色偏蓝,给人以清冷的感觉,当采用高色温光源照时,使物体有冷的感觉.,27,色温可由LED制造商提供,以Cree公司的XLamp7090XR-E为例,28,显色性,两种显色性 忠实显色性：能正确表现物质本来的颜色的显色指数 (Ra) ，最高100% 效果显色性：要鲜明地强调特定色彩，表现美的生活可以利用加色法来加强显色效果 ，例如电视机,29,LED的显色性,显色指数CRI和色温有关 严格地说是和绝对黑体的色温有关 越接近太阳光（6500K）显色性越好 但LED的色温虽然可以做到6500K，其显色指数不能做到100%，因为其光谱不同于太阳光 为了改进LED的显色指数，需要从改进其光谱着手，使其尽可能接近太阳光谱 改进光谱主要靠改变荧光粉配方 目前LED最高显色指数可以达到95%左右 采用镀锌硅的镉硒将荧光黄色、绿色和红色纳米微粒嵌入到一个荧光蓝色有机矩阵中,30,第二讲 LED日光灯,31,LED日光灯的优点,省电 电源效率高，功率因数高 可以调光 寿命长达5万小时 不含汞 色温范围广，还可以显示各种不同颜色 无紫外线辐射 无电磁辐射 外置电源，可以做到灯管两端电压低于36V安全电压 非玻璃制品、不易破损,32,LED日光灯的优点,（一） 发光效率高,33,LED的发光效率,荧光灯的发光效率为55-80流明/瓦 Philips公司的T8荧光灯的发光效率为72流明/瓦 目前国产LED的发光效率为100流明/瓦 Cree公司的XLampXP-G的发光效率已经到130流明/瓦 LED的发光效率还在以每年20%的速度增长,34,LED具有极大的发展潜力,根据实际数据总结出LED发展的Haitz定律， 价格每10年降低10倍， 性能每十年提高20倍,35,LED日光灯的优点,（二） 节能,36,荧光灯的灯具效率,荧光灯为360发光 向上180发出的光只能靠反光板反射 整个灯具效率低于70% 36W荧光灯总流明为2592流明 有效流明数为2592*0.7=1814流明,37,LED日光灯的灯具效率,LED日光灯为向下120发光 几乎全部为有效光 假定采用100流明/瓦LED 18W的LED日光灯就可以产生1800流明 和36W的荧光灯相当，功效提高一倍,38,LED日光灯的优点,（三） 省电,39,荧光灯的电源（一）,（b）电子镇流器,40,荧光灯的电源（二）,通常采用铁芯电感镇流器 采用铁芯电感镇流器耗电大，约为6.4W（Philips）-10W（国产） 功率因数差（0.51） 2.电子镇流器寿命低 电子镇流器耗电也大（4W-10W，且达不到额定输出功率) 电子镇流器的功率因数也低，只有0.623 Philips公司36W荧光灯加到两种国产电子镇流器实测,41,HV9910方案,42,非隔离式电源原理图,43,非隔离内置式LED日光灯,输出端带电（220V），不安全 输出瓦数：20W 效率：88% 功率因数：0.9 尺寸：宽度18mm，高度10mm，长度：230mm 可以放进T8灯管 可以直接替换现有荧光灯 非隔离不易通过CE、UL认证,44,隔离式电源原理图,45,内置式隔离式LED日光灯电源,输入和输出之间有变压器隔离，输出端没有220V 容易通过CE和UL认证 输出功率：20W 效率可达90%，PF可达0.9 可以直接取代普通荧光灯（电感镇流器式） 成本要比非隔离式高一倍左右,46,外置式隔离式LED日光灯电源,采用大功率AC/DC恒压源+DC/DC恒流源 效率超过90%，PF超过0.99 缺点：无法直接取代普通荧光灯 优点：可以同时对多根LED日光灯进行调光,47,LED日光灯的调光,LED日光灯可以实现手动调光来进一步降低能耗 恒流源在PWM调光时，其峰值电流不变 采用PWM调光不会产生色温偏移 PWM脉冲的频率约为200Hz,以免人眼感到闪烁 亮度和PWM信号工作比成正比,可从0100,48,内置式电源的优缺点,可以直接替换现有日光灯以减小工时 不拆去镇流器以后，镇流器仍然耗能，使得LED日光灯的节能效果变差 电感镇流器耗电6.4-10W，电子镇流器耗电4W-10W 电源放进灯管内以后，发热量增加，降低LED寿命,49,内置式电源的实测数据,50,内置式和外置式电源的比较,51,LED日光灯的优点,（四） 寿命长,52,荧光灯的寿命很低,一般国产荧光灯的寿命只有2000-3000小时 国外品牌荧光灯的寿命约为5000小时 国外品牌长寿命荧光灯的最高寿命约为10000小时 采用电子镇流器的寿命更低，因为电子镇流器容易损坏,53,LED日光灯的标称寿命长,LED本身的寿命很长，只要结温够低 例如Cree的芯片只要结温低于45度，寿命可超过30万小时,54,生产厂家提供的实际数据,在LED接脚温度低于60度时，可确保寿命高于50000小时,55,LED日光灯的实际寿命,LED日光灯的实际寿命取决于散热 第一代：采用全塑灯管、内置电源、草帽管LED，寿命只有1000小时 第二代：采用半铝半塑灯管、内置式电源、贴片式LED，寿命大约为一万小时左右 第三代：采用扇形半铝散热器、外置式电源、低热阻LED，寿命可达5万小时,56,LED日光灯的优点,（五） 不含汞,57,汞的危害性,汞是一种剧毒物质，人体吸入2.5克汞蒸汽就有生命危险 汞可在常温下蒸发，废弃荧光灯瞬间可使周围空气汞浓度达10-20mg/m3 超过国家规定浓度（0.01mg/m3)1000倍 1mg汞足以污染5454.5公斤水，使其达不到饮用标准 慢性汞中毒主要损害消化道、肾脏、呼吸系统、脾脏及神经系统，出现口腔肿胀糜烂、肾病综合症、肾炎、蛋白尿、肺炎、神经衰弱等 水中生物食用后会生成CH3Hg，半耳勺就可以致人死命 日本因为水俣湾的水被汞污染而死去数百人之多,58,荧光灯和节能灯的含汞量,除白炽灯和卤素灯外几乎所有光源都含汞,59,荧光灯的汞污染,一支T8荧光灯可以污染109吨水 我国年产五十亿支荧光灯 每年大约消费4亿支荧光灯 一共废弃8吨汞 足以污染436亿吨水 危害我们子孙万代！,60,LED日光灯不含任何有毒物质！,61,LED日光灯的优点,（六） 色温和颜色,62,各种光源的色温,63,LED日光灯的色温,LED几乎可以产生整个黑体辐射光谱的所有色温，因为可以采用RGB来合成,64,65,LED也可以产生任何颜色,Technical LEDs LED Color Chart,66,LED也可以产生任何颜色,Technical LEDs LED Color Chart,67,LED日光灯的优点,（七） 其它优点,68,LED日光灯还有很多其他优点,普通荧光灯会产生2.16%左右的紫外线 LED日光灯完全没有紫外线辐射 26W节能灯会产生100微瓦/cm2的微波辐射，国家标准为50微瓦/cm2 LED日光灯本身不产生微波辐射，其恒流源会产生少许远低于国家标准的辐射 普通荧光灯两端都有220V高压，有触电危险 外置电源LED日光灯两端只有低于36V的安全电压，无触电危险 普通荧光灯外壳为易碎玻璃，破损时会伤及儿童 LED日光灯外壳为铝合金和塑料，不易破损,69,LED日光灯的唯一缺点-价高,价高可以算是LED日光灯的唯一缺点 目前带内置式电源的LED日光灯价格在200元人民币左右大约比荧光灯贵10倍 其中50%以上是LED的成本 LED的成本每十年降低10倍 LED日光灯的寿命比荧光灯长10倍 普通荧光灯在丢弃时必须付出有毒物质处理费 可以说在今天采用LED日光灯在经济上是合算的。 可能老百姓还不能接收，但是政府应该可以接受 因为,70,LED日光灯的经济效益和环保效益,中国每年生产荧光灯超过55亿支 据统计华南地区安装的日光灯大约有50亿支，华东地区大约安装有50-100亿支。 全国总计超过150亿支 假定每支荧光灯平均耗电为40W/支，假定平均每天工作3小时，每年用电43.8度 改成LED日光灯可以节省一半的电能，每支每年节省21.9度 假定150亿支中的1/3改成LED日光灯，就是50亿支 所节省的总电量达1095亿度，远远超过一个三峡电站发电量（847亿度） 每支荧光灯含汞20mg 每年消耗四亿支 四亿支共含汞8吨 足以污染436亿吨水,71,采用LED日光灯是节能减排的重要措施,中国二氧化碳排放量达62亿吨（2005）世界第一 中国承诺2020比2005减排45%，就是要减排27.9亿吨。 将1/3荧光灯改为LED日光灯可以减排1.09亿吨二氧化碳 如果2020年全部改成LED日光灯可减排3.27亿吨二氧化碳，占中国承诺指标的11.7%，这是一个极为可观的减排量！,72,第三讲 LED泡灯,73,LED泡灯如何取代白炽灯,白炽灯泡的优点 全方位发光 白炽灯有较强的红外输出，可用于浴霸 白炽灯功率因数高，为1.00 白炽灯调光容易实现 无污染 成本低 白炽灯的缺点 发光效率低（发出的可见光效率低）,74,LED取代白炽泡灯的难点,LED的优势主要是发光效率高5倍以上 难点 360度全方位发光 功率因数为1 成本低,75,非隔离恒流电源,缺点：输出端有220V，有触电的危险，不易通过安检和CE、UL认证,76,HV9921的实际电路,77,HV9910DB5用于交流驱动,78,隔离式电源,反激式用于功率小于 30W的中低功率电源 LLC半桥谐振用于 大功率,79,功率因素校正PFC,无源PFC 可达0.8-0.9 PF 有源PFC 可达0.9以上,80,带有功率因数校正的非隔离恒流驱动,PF0.95,81,隔离式恒流电源,82,外形和电气参数,83,高频变压器的设计,84,带冷却系统的LED泡灯,85,第三部分 LED射灯,86,两种射灯,传统的射灯都是源于白炽灯，有两种， MR16射灯，通常称为卤素灯 功率45-50W 输出光通量800流明 寿命：2000小时 管脚GU5.3， 输入电压12VAC/DC PAR射灯, 管脚EL27， 输入市电220VAC,87,LED射灯和MR16卤素灯的比较,88,MR16降压式电源,89,降压式MR16外形图,90,5W射灯,1. 功率：5W 2. 输入电压：12V AC或12VDC 3. LED输入电流：700mA 4. 色温：6000-7000K 5. 流明数：200-250lm 6. 外径：50mm 7. 插头：MR16,91,升压型MR16电源,92,5x1W射灯（MR16）,1. 输入电压：12VAC 或12VDC （极性任意） 2. 采用升压型恒流源 3. 输出电流：350mA 4. 负载：5个1瓦LED串联 5. 效率：90%,93,3x3W射灯,