LED日光灯性能、电源、结构和寿命

作者：时间：2010-04-08来源：网络收藏

　　最近以来，LED日光灯成为最早进入室内的LED灯具之一，因为它相对于荧光灯来说具有很多优点。

　　一.优点

　　相对于荧光灯来说，LED日光灯具有10大优点：

　　1．发光效率高：

　　荧光灯的发光效率大约是55-80 lm/W（Philips公司T8荧光灯的发光效率为72lm/W），而LED的发光效率在100 lm/W以上，最近Cree公司的XLampXP-G的发光效率已经到130流明/W，而且以后还会不断提升。二者之差现在已经将近一倍。而以后有可能达到3倍以上。

　　2．灯具效率高：

　　灯具的效率主要是指有效光效，因为荧光灯是360度发光的，而在反方向发出的光就没有什么用处。所以荧光灯通常采用一个白色的灯罩，可以把相当一部分的反向光反射回来，一般来说，荧光灯的灯具效率大约只有70%。而LED日光灯则是120度发光的，所以全部光都是有效光。虽然有时候也会觉得120度发光角度窄了一点，不过大多数情况下还是够用的。而且这个发光角度也是可以根据需要来加以调整的。

　　前面提到Philips的T8荧光灯的发光效率为72lm/W，36W的荧光灯一共发出2592流明，但是灯具效率只有70%，所以有效的流明数为1814.4流明，而LED的发光效率已经超过130lm/W，假定为100lm/W，那么只要18W就可以达到1800流明，也就是只要荧光灯一半的功率就可以有相同的亮度。

　　而且LED的发光效率还在逐年升高。

　　3．电源效率高

　　因为所有灯具除白炽灯以外都是需要有专门的电源供电的，电源的效率也就影响了整个灯具的效率。

　　下面以Philips公司的36WT8荧光灯为例。它的额定输出功率为36W，但是由于接入了电感镇流器，实测输入功率为42.4W，也就是铁芯电感损耗了6.4W,效率降低为85%，大多数国产的铁芯电感功耗在10W以上，功率因素低于0.512。而LED的电源效率通常高达90%，一个18W的LED日光灯只要20W的输入功率。功率因素也可以达到0.9以上。

　　和荧光灯相比大约可以节省一半以上的电，也就是说采用一个18瓦的LED日光灯可以取代一个36瓦的荧光灯。

　　不仅如此，LED日光灯还有很多其他优点：

　　4．寿命长：一个仔细设计的LED日光灯的寿命可以达到5万小时。而一个荧光灯的寿命通常只有5,000小时（有些国产的荧光灯寿命只有300小时）。二者相差将近10倍。最好的长寿命日光灯也只有10,000小时，二者也还相差5倍。

　　5．不含汞，无污染。我们知道，荧光灯都含有汞。36mm荧光灯中含有25-45mg的汞，26mm（T8）中含有20mg的汞。而荧光灯都是采用易碎的玻璃作为外壳，一旦玻璃破碎，其中的汞就会马上就会蒸发到空气中，瞬间可使周围空气中的汞浓度达到10-20毫克/立方米，超过国家规定的1000-2000倍。而汞是一种对人体十分有害的有毒物质，汞蒸气达0.04至3毫克时会使人在2至3月内慢性中毒，达1.2至8.5毫克时会诱发急性汞中毒，如若其量达到20毫克，会直接导致动物死亡。而1mg的汞就足以污染5454.5公斤的饮用水，使之达不到饮用标准。而LED日光灯中不含任何有毒物质，是一种完全绿色环保无污染光源。

　　6．色温范围广，几乎可以提供任意色温，而且还可以提供红绿蓝以至任何一种颜色的灯光。

　　7．显色指数高，白炽灯的显色指数为95，荧光灯为65-80，而LED日光灯则可以>80。

　　8．没有紫外线辐射。

　　9．非玻璃制品，不易破损，耐冲击，耐振动。

　　10．外置隔离电源的LED日光灯，在灯管两端都接触不到市电高压，只有低于36V的直流安全电压，不存在触电的危险，完全是一种安全的灯具。

　　二．价格

　　目前LED日光灯唯一的缺点就是价格高。

　　不过尽管目前LED日光灯的价格大约是荧光灯的十倍左右，如果联系到它的寿命、节电和无污染来看，仍然是合算的。因为如果和寿命为5,000小时的荧光灯相比，那么寿命为5万小时的LED日光灯就已经值得花10倍的价钱去买，而在其间所节省的电能就完全是纯收益了。在日本，因为荧光灯含汞，所以坏掉的荧光灯还要付出和买一个新的日光灯同样的钱作为有毒物质处理费。所以，在日本即使采用长寿命（10,000小时）的荧光灯，所付出的钱也相当于贵10倍的LED日光灯。

　　在一些24小时连续工作的场地，例如地下停车场、24小时加班生产的工厂等地方。节电也是十分重要的。如上所述，一根T8的LED日光灯大约可以节省20瓦电，一年下来就可以节省20x365x24/1000=175.2度电。假如以每度电0.7元计算，那么一年下来，可以节省电费122.64元，两年下来，就可以节省出这根LED日光灯的成本。以后所节省的电费就成为纯收益了。

　　所以现在国外有一种称之为EMC（能源管理合同Energy Management Contract）作法。就是由一家财团或银行出资。替一个地下停车场或商场免费安装LED日光灯，但是要向业主收取所有节省下来的电费，协议有效期可能为5年。只要2年以后，就可以回收所有投资，第三年开始，所有节省下来的电费就变成是纯收益了。这是一个十分有利的投资项目。国内也开始有人这样做了。

　　更何况按照Haitz定律，LED的价格每十年将降低十倍！

　　三．LED

　　为了得到比较均匀的发光和把热量分散开，LED日光灯通常都是采用很多个小功率的LED灯珠串并联而构成。小功率LED有两种，一种是插针式，俗称草帽管，还有一种是贴片式。早期LED日光灯大都用草帽管，但是这种插针式LED因为热阻大（高达450°C/W），光衰严重，所以现在已经很少人用，而大多数采用贴片式的了。各种LED的主要指标为发光效率，小功率LED通常直接以其发光的流明数表示，寿命（通常以在多少结温时的寿命来表示），和热阻Rjs。

　　几种常用的贴片式LED的指标如下所示：

底板散热机构

（a）（b）
图3. 3020（a）的散热和3014（b）的底板散热机构

　　由于3020只有两端电极焊接散热，而3014采用了底板散热，所以二者的热阻相差3倍多，二者的寿命也相差两倍多。3014 工作于30mA，所以它的发光也高达9流明。相当于90 lm/W的发光效率。

　　在日光灯里所用的LED数目通常在200颗以上，显然不可能全部串联，而必须串并联。一般来说，希望串得少的，并得多，这样，一旦某一串中有一个LED开路，只会使这一串不亮，而这一串的电流将分摊到剩余的几路中去。例如，总数为200个的LED，假如连结成8串25并，每串30mA，25串的总电流750mA，有一串坏了，每一串的电流只增加了1.25mA。反过来，假如连成25串8并，每串30mA，8串总电流240mA，一串开路，30mA 就分到剩下的7路中，每路就要平均增加4.28mA。不过有的LED每个都有一个并联的稳压二极管保护，即使有一个LED开路，这一串也不会都不亮，而只是这一个LED不亮而已。上述问题就不存在。

　　此外，假如串联的LED数目少于10个，那么它所需要的电源电压低于35V，也就低于国际安全电压。

　　究竟串多少并多少，还和电源的可能性有关。这将在下一节中讨论。

　　四．电源

　　LED日光灯的电源分为内置式和外置式两种。所谓内置式就是指电源可以放在灯管内部。这种内置式的最大优点就是可以做成直接替换现有的荧光灯管，而无需作任何改动。所以内置式的形状都是做成长条形，以便塞进半圆形的灯管中去。
下面先介绍两种内置式，非隔离型和隔离型。

　　1．非隔离式恒流电源：非隔离是指在负载端和输入端有直接连接，因此触摸负载就有触电的危险。

　　目前用得最多的是非隔离直接降压型电源。也就是把交流电整流以后得到直流高压，然后就直接用降压（Buck）电路进行降压和恒流控制。其电原理图如下图所示：

非隔离恒流源的电原理图