LED球泡燈結(jié)構(gòu)解析.ppt

LED球泡燈 研發(fā)部2013 07 11 Allrightsreserved 培訓(xùn)回顧 LED白光實(shí)現(xiàn)方式 1 2 顯色性 顯色指數(shù)Ra 色溫 暖5000 K 光通量 光強(qiáng) 照度 亮度 光效 燈具效率 LED效率 壽命 平均壽命 經(jīng)濟(jì)壽命 眩光 解決方法 目錄 概述LED球泡燈的要求LED球泡燈部件燈頭電源散熱器光源燈泡罩LED的光效優(yōu)勢(shì)球泡燈特性需求 概述 LED球泡燈是白熾燈的替換產(chǎn)品 最普通的民用燈就是白熾燈 也就是我們普通用的燈泡 所以如果LED要取代白熾燈泡 就要開發(fā)出一種無論在燈頭形狀還是外型上都和白熾燈泡類似的燈泡 這就是我們通常稱為LED球泡燈 可以想象 球泡燈的市場(chǎng)是十分巨大的 4 白熾燈相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) GB T3027 1995船用白熾燈照明燈通用技術(shù)條件GB T7249 2008白熾燈的最大外形尺寸GB14196 1 2008白熾燈安全要求第1部分 家庭和類似場(chǎng)合普通照明用鎢絲燈GB14196 2 2008白熾燈安全要求第2部分 家庭和類似場(chǎng)合普通照明用鹵鎢燈GB14196 3 2008白熾燈安全要求第3部分 鹵鎢燈 非機(jī)動(dòng)車輛用 GB T15043 2008白熾燈泡光電參數(shù)的測(cè)量方法JJG247 2008總光通量標(biāo)準(zhǔn)白熾燈檢定規(guī)程 白熾燈尺寸 梨型 概述 常見LED球泡燈 7 概述 部分球泡燈拆解 8 LED球泡燈的要求 亮度要與白熾燈相當(dāng) 白熾燈通常只講瓦數(shù)而不講流明數(shù) LED球泡燈只說瓦數(shù)是不夠的 一定還要看另一個(gè)參數(shù) 光通量 也就是常說流明 Lm 數(shù) 由于LED的光效還在不斷發(fā)展 還沒有具體的規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn) 白熾燈最常用的瓦數(shù)有15瓦 30瓦 45瓦 60瓦 75瓦和100瓦等 白熾燈的發(fā)光效率在7 5 12lm W 瓦數(shù)越大效率越高 下面列出幾種功率的白熾燈相對(duì)亮度 光通量 9 LED球泡燈的要求 如果采用LED取代白熾燈 也可以有相應(yīng)的功率 由于LED的發(fā)光效率在不斷攀升 所以很難給出準(zhǔn)確的數(shù)字 目前市場(chǎng)上通用的LED球泡燈A 其光效為100lm W 高端最高光效的LED球泡燈B 其光效為130lm W 就可以得出對(duì)這兩種光效LED相應(yīng)的瓦數(shù)來 但是因?yàn)長ED需要恒流源 而恒流源有一定的效率 假定為85 另外因?yàn)長ED不可能采用透明泡殼 而只能采用乳白泡殼 其透光率大約為85 二者相乘等于72 考慮以上因素以后就可以得出和白熾燈相當(dāng)?shù)耐邤?shù)來 見下圖 由表中可見 LED在同樣亮度時(shí)大約可以節(jié)省10倍的功率 有一點(diǎn)需要特別說明的 就是從目前LED球泡燈的光效和散熱來說 它還不可能做到10瓦以上 也就是說目前還只有可以取代60 75W白熾燈的LED球泡燈 10 LED球泡燈的要求 體積大小要相當(dāng)通常球泡燈為梨型的結(jié)構(gòu) 全玻璃制品 但是LED燈具因?yàn)橐峋秃茈y采用全玻璃的結(jié)構(gòu) 下面會(huì)詳細(xì)討論LED球泡燈的結(jié)構(gòu) 燈頭要與白熾燈兼容改革開放前我國一般使用卡扣式燈頭 現(xiàn)在通用的為E27接口 部分燭光燈采用的為E14接口 在結(jié)構(gòu)部分將具體介紹這兩種燈頭接口 四 電源要相同 各國的電壓是有差異的 但是LED球泡燈一般是采用開關(guān)電源來的 所以可以做到寬電源100 240V 11 LED球泡燈部件 LED球泡燈結(jié)構(gòu)見下圖 這是一個(gè)5W的LED球泡燈 全長13cm 散熱器長5cm 直徑4 5cm 泡殼長5 2cm 直徑5 5cm 它大約可以取代45W的白熾燈 其結(jié)構(gòu)主要包括一個(gè)是燈頭 二是恒流驅(qū)動(dòng)電源 三是散熱器 四是LED燈板 五是燈泡罩 12 LED球泡燈部件 13 LED球泡燈結(jié)構(gòu) 二 這是一款鑄造鋁散熱片的球泡燈 此種結(jié)構(gòu)做了很多鰭片 外觀上大大增加了散熱器的散熱面積 在此大家在課下可以具體討論下此款散熱的效果怎樣 LED球泡燈部件 LED燈頭 普通白熾燈 E27 蠟燭燈燈頭 E14 14 目前球泡燈通用的為E27燈頭 有些特殊的場(chǎng)合使用E14燈頭 LED球泡燈電源電源基本類型 LED驅(qū)動(dòng)電源由于LED的特性決定 目前主要使用恒流式驅(qū)動(dòng)電源 按照輸入 輸出是否絕緣分為隔離式和非隔離式兩種 判斷標(biāo)準(zhǔn)主要為電源輸入端和輸出端是否隔離 一般說 非隔離因?yàn)椴恍枰綦x變壓器 所以成本低 但要求鋁基板耐壓高 否則散熱器就有可能帶電 所以比較不容易通過安規(guī)檢驗(yàn) 隔離式就比較安全 比較容易通過安規(guī) 但成本高 通常非隔離電源轉(zhuǎn)化率較隔離電源轉(zhuǎn)化率高3 5 電源輸入電壓主要根據(jù)市電電壓的 20 設(shè)計(jì) 一般大陸 西歐及一些英聯(lián)邦國家的市電電壓為220V 北美和東北亞的一些發(fā)達(dá)國家電壓為110V 另外還有一些特殊地區(qū)的市電電壓為120V 230V 240V 市電頻率多數(shù)為50HZ 少數(shù)國家為60HZ 因此 在電源設(shè)計(jì)中一般設(shè)計(jì)為90V 265V或者170V 265V 輸出電壓和電流主要根據(jù)LED串并聯(lián)的數(shù)量決定 輸出電壓范圍很多 電源性能指標(biāo) 輸入電壓范圍能量轉(zhuǎn)換率功率因數(shù)紋波電壓絕對(duì)恒流系數(shù)負(fù)載調(diào)整率輸入電壓調(diào)整率 LED球泡燈部件 15 電源 LED球泡燈部件 16 電源參數(shù) LED球泡燈部件 17 電源的主要性能及具體性能指標(biāo)的定義請(qǐng)關(guān)注7月15號(hào)的電源專題 球泡燈的散熱器 球泡燈的LED通常焊接在一塊鋁基板 LED底板 上 這塊鋁基板再和一片圓形鋁散熱板固定 然后再把這塊鋁散熱板固定到散熱器外殼上去 如下圖 LED球泡燈部件 18 散熱器的材料目前大多數(shù)采用鋁合金 因?yàn)槌杀镜土?加工容易 而且導(dǎo)熱性好 但是最近出現(xiàn)了很多絕緣的塑料散熱器和陶瓷散熱器 其散熱效果也不差 因?yàn)樽詈蟮纳嶂饕繉?duì)流和輻射 而對(duì)流完全由其形狀和面積決定 輻射則和材料的輻射性有關(guān) 各種材料的熱輻射系數(shù)如下表所示 由表中可見 氧化處理是改進(jìn)金屬材料的輻射散熱的重要途徑 而導(dǎo)熱塑料則不需要任何氧化處理就可以達(dá)到極高的輻射系數(shù) 因此只要其外形和金屬散熱器一樣 那么其對(duì)流和輻射的效果是和金屬散熱器的效果是相同的 但是其熱傳導(dǎo)性能肯定不如金屬 所以整體散熱效果會(huì)差一些 但是如果把它做的盡可能薄 再加上一層金屬的內(nèi)壁 就可以把這個(gè)熱傳導(dǎo)低的不利因素降至最低 現(xiàn)在已經(jīng)有導(dǎo)熱系數(shù)大于20w mk的塑料 導(dǎo)熱系數(shù)大于20w mk的導(dǎo)熱塑料一般絕緣性會(huì)降低 但是其單價(jià)比較高 陶瓷散熱器的情況和塑料散熱器情況一樣 只是其導(dǎo)熱系數(shù)可以做得更高 當(dāng)然成本也要高很多 LED球泡燈部件 19 20 LED球泡燈部件 LED球泡燈的LED燈 LED的壽命LED的中文意思為發(fā)光二極管 是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的半導(dǎo)體 對(duì)于半導(dǎo)體而言 理論上講 他得壽命是無限的 10萬 100萬小時(shí)的壽命概念源于半導(dǎo)體的性能 使用壽命則是指能發(fā)揮作用的壽命 一般當(dāng)光衰超過50 LED的壽命就到期了 所以一般的LED壽命參數(shù)是5 10萬小時(shí) 此壽命僅針對(duì)小功率LED且LED焊盤處溫度在25 LED封裝右圖是市場(chǎng)上常見的LED封裝 COB LED器件形式發(fā)展歷程 小功率芯片封裝器件 大功率芯片封裝器件 LED器件發(fā)展趨勢(shì) 集成化 可極大降低器件成本大大降低了支架 封裝材料 封裝人工成本使器件標(biāo)準(zhǔn)化成為可能 將極大規(guī)范LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展便于保障器件一致性整個(gè)光源形式簡(jiǎn)化 使器件標(biāo)準(zhǔn)化成為可能 主要大廠最新集成光源模組產(chǎn)品 西鐵城 4W模組 Cree7W模塊MP L光輸出 700lm Philips LuxeonS18W光輸出1300lm 夏普25W 2300lm 夏普3 6W 300lm 2011年推出的新產(chǎn)品 2010年推出的產(chǎn)品 日亞4W模組 400lm 球泡燈的泡殼 所謂泡殼就是指前面透明的玻殼 在白熾燈中 全部都是由玻璃做成的外殼 但是在球泡燈中 雖然也可以用玻璃做前面的外殼 實(shí)際上也是有這樣做的 但是因?yàn)長ED球泡燈重量很重 要比白熾燈重5倍以上 如果用玻璃做的話 掉在地上 摔破的可能性就大多了 因此更多的LED球泡燈采用塑料做泡殼 以防摔壞 而且LED球泡燈因?yàn)闊崃慷紡纳崞魃⒊鋈チ?所以通過泡殼的光大都是可見光 很少有發(fā)熱的紅外線 所以采用塑料來做泡殼也不會(huì)由于過熱而損壞 但是塑料外殼的最大問題是透光率的問題 因?yàn)長ED存在眩光的問題 所以盡可能采用乳白色的泡殼 以免看到里面的LED燈珠 而乳白色的泡殼 其透光率就更成問題了 所以對(duì)于用于LED球泡燈泡殼的塑料有以下要求 1 具有高透光 高擴(kuò)散 無眩光 無光影 2 光源隱蔽性要好 盡可能看不到LED燈珠 3 透光率達(dá)到90 以上 4 具有高阻燃性 5 具有高抗沖擊強(qiáng)度 LED球泡燈部件 右圖是一款可以實(shí)現(xiàn)94 的透光率 而且還能防眩光 無光影的球泡罩 24 下圖是其他類型的球燈罩 LED球泡燈部件 25 一般傳統(tǒng)光源的燈具光輸出比 燈具出射光通量與光源光通量的比值 為70 而LED燈具可達(dá)到90 LED光效優(yōu)勢(shì) 高光能利用率 傳統(tǒng)光源發(fā)光形式 LED發(fā)光形式 LED形成截光 半截光光源時(shí) 大部分光線不需要經(jīng)過反射壁反射直接出射 LED均勻度的要求 眩光產(chǎn)生的原因 LED高亮度眩光解決方法 利用混光機(jī)制 將LED點(diǎn)光源擴(kuò)展為面光源出射 LED 點(diǎn)光源 需設(shè)法將光充分?jǐn)U散出射 LED 亮度集中 眩光大 將點(diǎn)光源轉(zhuǎn)化為面光源出射 將光源充分?jǐn)U展 降低光出射度 代價(jià) 降低LED燈具的燈具效率 提高亮度均勻度 眩光控制 無混光設(shè)計(jì) 防眩光設(shè)計(jì) 亮度均勻設(shè)計(jì) 提高亮度均勻度減少眩光對(duì)燈具效率的影響 LED燈具 熒光燈 光源光效 130lm W 80lm W 無特殊要求的燈具光效 114lm W 50lm W 亮度均勻度要求 100lm W 50lm W 眩光要求 亮度均勻度要求 85lm W 40lm W 電源效率0 88 驅(qū)動(dòng)效率0 64 用磨砂罩換透明罩 光源本身滿足亮度均勻性要求 使用散射板擴(kuò)展光源 加格柵防眩光 提高亮度均勻度 減少眩光使LED燈具節(jié)能優(yōu)勢(shì)大大降低 色度需求 色溫 色度需求 顯色指數(shù) 室內(nèi)照明需要色彩不失真的照明環(huán)境 普通 藍(lán) 黃 LED的照明效果 高顯色光源的照明效果 普通白光LED光譜缺陷 缺少紅色光譜導(dǎo)致顯色性低 照明需求 光斑質(zhì)量 易出現(xiàn)問題的 黃圈 直接涂敷方式 造成原因 熒光粉沉積在底部 側(cè)面附近熒光粉密度高 藍(lán)光透射少 芯片表面的噴涂 旋涂方式 易出現(xiàn)問題 籃圈 造成原因 大量側(cè)發(fā)光的藍(lán)光沒有經(jīng)過熒光粉激發(fā) 常見的兩種封裝形式出現(xiàn)的光斑問題 藍(lán)圈和黃圈是LED走向室內(nèi)照明應(yīng)用必須消除的障礙 光斑質(zhì)量的改善 一次封裝 可提高芯片法線方向的熒光粉厚度 從而減少黃斑 普通封裝 熱隔離遠(yuǎn)場(chǎng)熒光粉封裝 光斑質(zhì)量的改善 二次光學(xué)調(diào)整 將側(cè)面黃光分配到