LED灯的应用分析

LED 灯的应用分析 20 世纪 年代 英国科学家在实验里发明了第一个 发光二极管 在其后的年代里 每隔十年 技术就有一个新的突破 科学技术的力量将 推上一个新的舞台 把它 从实验室推到仪表指示灯 又从指示灯跨到照明领域 其发展速度之快是空前绝后 的 灼灼逼人的姿态大有取代常规照明的气势 为什么颇受照明界青睐 得到如此关注 其主要原因是它特有的优点所致 节能 高效 环保 寿命长 适用性好等 但是 任何事物都是一分为二的 具有无比的优点 也是有不足之处 实践 是检验 性能的标准 近年来 竣工了很多 照明工程 在工程应用上发 现一些问题 主要问题如下 1 照明回路中 灯数量多 不易合闸 2 照明线路较长 灯发光不稳定 有频闪现象 3 灯具寿命标称 万小时这种说法不妥 既然发现了问题 就要解决问题 解决问题 就要找出问题的原因 要弄清以上问 题的原因 首先要了解 的特性 下面针对以上问题进行分析 1 具有半导体二极管的特征 实际上是发光二极管 它是半导体二极管的一种 是由 型半导体和 型半导体晶体组成 它们之间形成一个 结 当给 加上正向电压后 从 区注入到 区的空穴和由 区注入到 区的电子 在 结附近分别与 区的电子和 区的空穴复合 复核过程中 电子释放能量 在数 范围内激发出荧光 把电能转换成了光能 电子和空穴复合时释放出能量 释放出能量的多少 决定了 发光的波长 能 量释放越多 光的波长越短 不同的波长呈现出不同的颜色 1 1 具有半导体二极管的伏安特性 正向特性 在 灯 结上加上正向直流电压 电压由 逐步增大 即电压 时 正向电压小于触发电流 即外电场电动势不足以克服 结的 内电动势时 正向电流为零 不发光 当 时 外电场电场增大 内电场电场相对减弱 产生正向电流 电 流随着电压升高而增大 其电流极限参数范围内流过 的电流越大 它的发光 亮度越高 但是 当电压达到一定值 时 电流不再增大 这个过程中 温度随着电流值的增大也增高 当外加电压超过 额定电压或超 过允许最大的正向直流电流值时 结就被烧坏 不同颜色的 灯 额定 电压不同 白色 红色 蓝色 绿色 黄色 一般 工作电流选择应不大于 普通的 电流一般为 大功率的 电流一般为 反向特性 在 灯 结上加上反向直流电压 当 时 反向电流很小 且 基本不随反向电压的变化而变化 反向电流趋于饱和 当 结的反向电压增加到一定数值时 反向电流突然快速增加 超过此值发光二极管可能被击穿损坏 此现象称为 结的反向击穿 1 温度特性 灯在正常工作环境温度范围内 温度越高 亮度越小 低于或高于此温度范 围 灯将不能有效工作 效率会大大降低 在生产工艺中 芯片很脆 弱 焊接温度要求在 以下 时间控制在 s 之间 否则 芯片 就被烧毁 2 灯具 1 额定电压 一般 灯具额定电压为 和 白色 灯具的光源由三颗 灯串接为一组 白色 灯具是由 颗 串接为一组 为了能 有效控制电路中的电流 使电压平稳 须在电路中配置限流电阻 同时 使各并联 支路的亮度趋于均匀 2 额定功率 根据照明要求 生产出不同功率的灯具 灯具的功率的大小 是由并联的 灯 串决定 将数组 灯串并联 构成灯具的额定功率 并联的灯串越多 功率越 大 3 开关电源 灯工作电流为直流 只有直流电源才能驱动 点亮 保证 发光的 连续性 然而 电力系统供照明电源为交流 因此 要想点亮 灯具 必须将 交流电变为 或 直流电 这样 灯具须有一个开关 电源供电 无论是球状 灯 还是其它形 灯 都离不开开关电源 只不 过是开关电源大小 形状 安装位置而异 所以 开关电源是 灯具不可分割 的附件 开关电源种类很多 有恒流式 稳压式 脉宽调制式 综合比较 脉宽调制式是比较理想的 电源 4 灯具的功率因数 灯本身不存在功率因数的问题 只是含有开关电源后 才导出功率因数概念 组成开关电源的电路将交流 电 整流为直流 或 电 经过降压 整流 稳压的全过程 这个过程中 线路中的电感 电容元件进行了一系列的能量 的变换 由于电压 电流的相位差 有功率角的存在 反映出有用功 无用功和视 在功率功率的值 用功率因数来表达有用功 无用功 视在功率之间的关系 体现 灯具效率的高低 目前 由于生产成本问题 大多开关电源的功率因数比较低 一 般在 左右 只有采用了 功率因数校正技术的开关电源 才能有较高 的功率因数 最高可达到 5 高次谐波 开关电源电路的整流二极管电流是非线性的 电路中含有多个电感 电容元件 线 路的结构具备了产生高次谐波的因素 电容器对谐波电流起了放大作用 可放大 至 倍 感应线圈和电容器回路的 电路容易产生谐振 电流谐振时 高次谐 波电流会放大很多倍 甚至数十倍 3 问题分析 1 照明回路中 灯数量多 不易合闸 根据 低压配电设计规范 第 条 照明回路过 电流保护应当遵守以下规定 式中 线路计算负载电流 熔断器熔体额定电流或断路器额定电流或整定电流 导体允许持续载流量 保证保护电器可靠动作的电流 当保护电器为低压断路器时 为约定时间内的约定动作电流 当为熔断器时 人为约定时间内的约定熔断电 流 照明回路一般选择 曲线型断路器 曲线脱扣电流为 在室内 照明设计中 每个回路不超过 个灯具 这种情况下 不易出现合不上闸的问题 但在室外夜景照明中 灯选用数十个或上百个 灯时 就会出现合不上 闸的问题 通过以上对 具的分析 原因如下 其一 一般照明回路里 开关整定电流小于或等于计算电流的 倍 室内照 明回路中 灯数量少 回路中高次谐波电流和基波电流叠加成的电流不足超 过断路器瞬间合闸电流的保护值 但是 在外景照明回路中 灯较多 开关 电源产生电流的高次谐波之和较大 高次谐波电流和基波电流叠加后的电流值 大 于 倍的计算电流值 其二 一般照明回路里 负载的功率因数 值取 但在 灯的回路 里 值达不到 如果按 计算 计算电流小于实际电流 综上所述 回路中 实际电流要大于计算电流 就出现不能合闸的现象 如何避免这个问题呢 根据实际情况 可选择以下方法 1 选用功率因数高 高次谐波含量少的开关电源 2 减少照明回路 等的数量 3 分段控制 分步启动 4 选用 型曲线的断路器 5 适当增大断路器整定值 2 照明线路较长 灯发光不稳定 有频闪现象 在电路中 只要有负载 就会产生电压降 线路越长 线路本身的电阻值也越大 电压降也越大 从 灯伏安特性曲线可看出 使 灯点亮的触发电压是一 个恒定值 低于其值 灯就点不亮 如果高于导通电压值而低于额定电压时 在这个中间值时 灯虽可以点亮 但不能有效工作 会出现闪烁现象 另外 灯的开关电源虽然有稳压的功能 但是对电压调节范围是有限的 如 果照明回路电压偏离 灯的额定电压 开关电源调压幅度达不到要求时 灯就不能正常工作 也会出现频闪现象 其次 灯开关电源整流质量也影响 灯具的工作状态 开关电源电路为 整流波形不平滑 灯也会出现闪烁现象 解决 灯频闪现象办法有 1 加大电缆 导线截面 降低电压降 选用稳压功能好的开关电源 3 灯具寿命 灯具寿命是一个总体概念 它包括三部分 一部分是光源部分 另一部分是开关电 源部分 第三是灯具部分 三部分合起来称其灯具的寿命 光源部分比起开关电源 部分寿命长 理论计算 万小时是可能的 但它的寿命不应当按其熄灭时算起 如果发光强度将至 应当是寿终正寝了 开关电源是一个直流稳压线路 构成线路的元器件中 元器件的寿命也是致命的一