Kaiyun体育网站：LED吸顶灯方案详细介绍
吸顶灯,顾名思义由于灯具上方较平安装时底部完全贴在屋顶上所以称之为吸顶灯。其光源有普通的白灯泡、荧光灯、高强度气体放电灯、卤钨灯等。目前市场上
最流行的就是LED吸顶灯,外观华丽的LED吸顶灯吸附或嵌入屋顶天花板上做灯饰,也是室内的主体照明设备。
灯,而是向多样化发展,既吸取了吊灯的豪华与气派,又采用了吸顶式的安装方式
,避免了较矮的房间不能装大型豪华灯饰的缺陷。为了让大家更加全面的了解吸顶
灯,今天笔者就给大家详细介绍一下吸顶灯的相关知识,以便在设计和选购吸顶灯
普通吸顶灯的外形虽然有很多种,图1,,但最普通的就是圆形或方形,复杂的则更有各种奇形怪状的水晶吸顶灯。
图2,用于吸顶灯的荧光灯其灯管大多是弯折后的T5荧光灯,图2,,品种规格繁多,主要有以下几种
吸顶灯的功率并没有明确的规定,其功率最常用的为10W、16W、21W、28
带镇流器节能灯的整灯光效只有55lm/W,最高的大功率U型也只有80lm/W。而且因为所有这些吸顶灯大多采用T5型灯管,折弯成各种形状。但不管最后折弯成什么形状,它都是360度发光的,其中向上的180度的光线必须反射回来才会变成有用的光线,这个反射过程就会损失很多光。所以做成灯具以后的光效至少要打70%的折扣。也就是上述光效还要再乘以07。而且在实际使用时,它的亮度随时间衰减得很快。例如一根飞利浦的32W环形T5三基色灯管YH32RR16,色温为6500oK,其发光效率为67lm/W,总流明数为2150lm,实际上只有70%的光线
散发汞蒸气,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
的汞在空气中最高允许浓度,为001毫克/立方米,的1000至2000倍,人体一次
吸入25克汞蒸气即有生命危险。而且液态汞的渗透率极高,掉到地下以后就会立
刻渗入地下污染地下水。1毫克汞足以污染54545公斤饮用水,使之达不到安全的
节能灯管按照荧光粉划分有,混合粉、卤粉、三基色。卤粉寿命在3000,4000小时,混合粉寿命在4000,6000小时,三基色号称在8000小时以上。
荧光灯所用的镇流器大多数无法给出足够的功率,例如作者实测一个32W荧光灯所用的镇流器其输出功率只有16W,也就是只有50%的额定功率。而且所有荧光灯的寿命之所以短,主要是镇流器的寿命很短,而且一旦荧光灯损坏,镇流器通常也跟着损坏。几乎所有人的经验都是一般一年就要换一次镇流器或灯管,大多数时候是一年不到,两个都要换。
一般的吸顶灯价钱在几十到几百元的都有,国外品牌的吸顶灯要600元以上,至于一些带有水晶饰物的吸顶灯,价钱高达几千元以上比比皆是,而其光源只不过顶多是一个40W的异形荧光灯而已。所以吸顶灯不像普通节能灯那么便宜。
LED本身的发光效率已经到达130lm/W以上,所以LED吸顶灯的整体光效已经可以达到100lm/W。而且这个效率还在每年增长,据估计,到2020年,LED本身的发光效率将会达到240lm/W。光效高就意味着节能。根据实测的结果,一盏8
LED的寿命为10万小时,做成灯具以后,现在实际上公认的寿命为至少3万小时,高质量的可以做到5万小时,要比荧光灯长10倍以上,即使最高寿命的三基色荧光灯的寿命为1万小时,也还高出5倍以上。
4无紫外线可以根据需要提供各种色温的光线无玻璃零部件,耐冲击、振动,便于运输
不考虑华丽的水晶吸顶灯,普通LED吸顶灯的构造和普通吸顶灯没有什么区别。都是由底壳,外罩,电源,灯等4个部分组成。
通常对于功率大于30W以上的大多采用1W的LED灯珠,低于30W的大多采用小功率LED灯珠,例如3020(3014)3528等,。建议采用贴片式小功率LED,以便于散热,也可以提高发光的均匀度。
之,假如外形是方形,那么就排成方形。即便如此,灯珠的排列也还是有很多种方法,一个典型的LED吸顶灯的内部结构如图3所示。
图3中圆环形的印制板上有两圈LED灯珠,它是采用23颗04W的5730型
LED灯珠,总共功率为18W。中间的长方形为其恒流电源,方盒右下角则为遥控
草帽灯的热阻很大,450℃/W,,很难把热导出,因而光衰严重,寿命很短。
太阳光下爆晒不会产生黄变,雾化,透光不佳,十年后透光流失仅为6%,PVC流
(2)抗撞击,PC板撞击强度是普通玻璃的250-300倍,同等厚度亚克力板的30倍,是钢化玻璃的2-20倍,用3kg锤以下两米坠下也无裂痕,有“不碎玻璃”和“响钢”的美称。
(3)防紫外线,PC板一面镀有抗紫外线(UV)涂层,另一面具有抗冷凝处理,集抗紫外线、隔热防滴露功能于一身。可阻挡紫外线穿过,及适合保护贵重艺
术品及展品,使其不受紫外线)重量轻,比重仅为玻璃的一半,节省运输、搬卸、安装以及支撑框架的
(5)阻燃,国家标准GB50222—95确认,PC板为难燃一级,即B1级。PC板自身燃点是580摄氏度,离火后自熄,燃烧时不会产生有毒气体,不会助长火势
(6)可弯曲性,可依设计图在工地现场采用冷弯方式,安装成拱形,半圆形顶和窗形。最小弯曲半径为采用板厚度的175倍,亦可热弯。
(7)温度适应性,PC板在-100℃时不发生冷脆,在135℃时不软化,在恶劣的环境中其力学,机械性能等均无明显变化。
(8)耐候性,PC板可以在,40℃至120℃范围保持各项物理指标的稳定性。人工气候老化试验4000小时,黄变度为2,透光率降低值仅06,。
采用小功率的LED灯珠,排列分散一些,可以有助于散热。吸顶灯在结构上的特点也是有利于散热的。
a, 内部空气无阻挡自由流通。这是吸顶灯相比于其他灯具最大的优点。密闭而不流通的空气是一种绝热性能很好的绝热体,反过来,能够自由流通的空气却是最好的散热体。世界上所有的发热物体最后都是把热量散发到空气中去的。因为吸
顶灯的底板有很多小孔,所以在吸顶灯的灯罩里, LED灯珠所产生的热量可以通过
b,灯罩能够很好散热。我们知道对流和辐射散热主要和面积及材料有关,而塑料的辐射散热的效果是很好的,而且灯罩的厚度很薄,所以塑料的导热不好的影
响可以忽略。这可以从图4中加以说明。图4,较薄的厚度减小了导热系数的作用
吸顶灯的泡壳厚度只有1-2mm。所以虽然它的导热系数只在01-1W/mk,但
c,面积大,根据圆形的面积计算公式, S=πr2,或S=π(d/2) 2,对于一个直径为45cm的圆形吸顶灯,它的底板面积就是1590cm2。因为吸顶灯通常安装在室
内,没有过高室温,所以可以采用40cm2/W的经验数据,那样也可以散去40W的
功率。但是由于底板靠近天花板,不易散热,所以底板的实际散热效果会差很多。
且为了利用自由流通的空气。在印制板的两面把热量带走,所以也不需要把铝基板或印制板通过导热胶紧贴底板来散热,反而要把印制板垫高离开底板5mm, 以便
e,底板上多打一些通风孔会对散热有很大的好处。这些通风孔应当打在外圈, 以免被阻挡。但也可能带来小虫钻入的可能性。
采取以上措施以后, LED吸顶灯并不需要很重的鳍片式散热器也可以满足散热的要求。可以说LED吸顶灯是唯一不需要特制的铝散热器的LED灯具。
普通吸顶灯通常采用电子镇流器,或者称为高频变压器。但是市面上的电子镇流器的质量都比较差。例如,笔者就测试了一款普通吸顶灯安装了飞利浦的32W 环形灯管。实测的结果如下, Pin=16W, PF=062。所以它只用到环形灯管50%的功率,而且功率因数也很差。笔者也测试了一个9W节能灯的参数,测得Pin=84
恒流二极管是一种线性恒流源,它的恒流作用可以用来驱动LED。最简单的方法就是把恒流二极管直接和LED串联。但是我们在用于LED驱动时必须注意选择恰当的电流和耐压。 ‖
最低电压, 由于恒流二极管需要一定的电压Vk才能够进入恒流,所以太低的电源电压是无法工作的。通常这个Vk大约在5-10V左右。
最高电压, 由于恒流二极管必须能吸收掉电源电压的变化,对于同样的百分比, 220V就要比1 10V的变化范围大一倍。例如对于+10%~-20%的变化范围,对于220V 就意味着22+44=66V的变化范围,经过桥式整流以后这个变化还会加大1 2倍,变成792V。而对于1 10V电源, 同样的变化范围只相当于396V的变化范围。 电压越低,就意味着功耗越小,效率越高。所以可以说恒流二极管更适用于1 10V市
最大电流, 由于恒流二极管的功耗受到限制,所以过大的电流也是不合适的。例如1W的LED通常需要350mA,恒流二极管就很难提供。即使能够提供,它的功耗也过大而使整体效率大为降低。 恒流二极管最适用的使用场合就是交流市电供电的LED灯具,采用很多小功率LED串联,也就是高压小电流的情况是最
图5就是一种用于吸顶灯的恒流二极管驱动源。其负载是80颗3022串联,总功率为16W。所用的恒流二极管也是恒流在60mA。假如手头的恒流二极管只有3
在这里,恒流二极管的作用就是要在输入市电电压变化时,保持输出电流不变, 当然也可以消除由于LED负温度系数所引起的电流增大。但是由于恒流二极管的耐压有一定的限制,所以它所能吸收的电源电压变化也是有限的。就拿100V耐压的CRD来说,它的工作电压范围还要减去它的最小工作电压10V,可用的电压范围也就只有90V。用在220V市电电源里, 如果市电变化+10%, ~-20%,就相当于整流后为290~21 1V, 电压变化79V,在其耐压范围内。假如所用的LED为80颗,如果正向电压为33V,那么总电压为264V,正好相当于220V经过桥式整流以后的值。这时候恒流二极管上没有压降,但是这时候它是不能工作的而至少需要10 V压降,也就是要求整流后电压为274 V,市电电压为228 VA C。那时候恒流二极管压降为最小,功耗也最小, 只有003Ax10V=03W,整体效率为最高可达96%,当然还要考虑整流器的效率,实际上还会低一些, 。如果市电增高至242 VA C,那么恒流二极管电压就增高为264V,其功耗也增加到079W,这时候效率就等于91%。
如果市电电压低于228V,是不是恒流二极管就不工作呢,并不是,但的确是不恒流了,这时候它和LED就会达到一个新的平衡点,那就是二者的电压和等于市电电压经过整流后的电压。因为LED伏安特性的非线性,所以很难用公式来表示。总之, 当市电电压降低时, LED中的电流就会随市电电压的降低而降低。其亮度也会跟着变暗。但是这时候恒流二极管的压降不大所以并不消耗很多功率。所以效率还是很高的。
前面假定了LED的正向压降为33V,实际上即使其额定为33V,在开机一段时间以后, 由于结温的升高,正向压降就会降低至31 V甚至30V。 一个采用恒流二极管的8W电源的实测结果如下表所示,
得选用的电源。为了在220V得到最高的效率,看来应该串联90个以上的LED。
由交流直接整流得到的电压是264V,这时候可以采用直接降压的高压Buck电路来恒流。
它是采用24串7并的3014型LED,总功率168W。右下角的蓝色印制板是
它的实测结果如下,图8, ,图8,效率、功率因素、 LED电流和输入电压的关系
最近美国Supertex公司推出了新款高压降压芯片HV9861 A以取代HV9910B 它采用了均值取样从而提高了恒流精度至+/-3%。它的电路图如图9所示。
其输出LED电流以及效率随输入电压的变化如图10所示。图10,输出电流和效率随输入电压而变化
检验,尽管采用良好的绝缘可以满足安规的要求,但是欧盟IEC 61347-2-13 (5/20
06)标准规定在LE D负载端电压不可超过25VAC或35VDC。所以采用非隔离电源是无法出口欧盟的。
美国TI公司推出了一种隔离式恒流源芯片TPS92070,它的电路图如图1 1所
今年2月美国凌特公司宣布了一个用于LED恒流驱动的IC(LT3799) ,它可以驱动4-100W的LED,而且本身带PFC,外置功率MOSFET开关管,反激隔离
它的演示版的布置图如图14所示。具体应用时当然也可以设计成圆形。图14, LT3799的演示版
这个市电恒流源因为功率大,而且可以适应4-100W的宽功率范围,这是吸顶灯的功率范围, ,所以一定是采用外置MOS开关管,而且也因为功率大,所以要求采用功率因数校正(PFC) 。对于不同的功率,除了要选择不同的MOS管外,还要求选择不同大小的变压器。变压器加大了整个恒流源的体积和重量, 降低了效率。但是这是为隔离市电所必需的。
多可以和各种可控硅调光的所谓Triac配合以进行调光的芯片。然而这也是一种相当可悲而又可笑的事。因为可控硅是上世纪六十年代的产品,本身是一种相当古老而落后的器件。它的确可以用来和白炽灯配合进行调光,可是它在调光的过程中会破坏正弦波的波形因而引起系统的功率因数降低,而且还会在线路上产生很大的干扰信号。在白炽灯调光时因为白炽灯的亮度只是由电源电压的有效值决定,所以可以跟着可控硅的导通角调光,而且对于可控硅来说, 白炽灯是一个理想的纯阻负载,也不会对它的工作有什么影响。
可是换成LED以后就产生了一系列的问题,首先带整流器的LED是一个容性负载,对可控硅有很大影响,在低负载时就会不稳定触发,除非并联一个电阻。但会进一步降低系统的效率(增加1-2W功耗)。为了使得LED也能配合可控硅调光就必须把带整流器的整套恒流电源系统的功率因数提高到看上去接近纯阻负载。所以很多公司开发出有源功率因数校正芯片。使得LED整个系统的功率因数达到09以上。不少人误以为采用功率因数校正以后,连同可控硅在内的整个系统的功率因数都可以达到09以上。这完全是误解了, 即使是纯阻负载接上可控硅以后功率因素也会随调光而降低。
下面是可控硅调光过程中,带功率因数校正(达096)的LED球泡灯的整套系统,包括可控硅在内,的功率因数的变化,附带也有白炽灯的数据以供比较, 。
由表中可知,不管是经过功率因数校正的LED灯,还是白炽灯,在一开始时功率因数都可以达到096以上。但随着可控硅的调光,其功率因数逐步降低,到无法再调光时,功率因数低至048和0566。所以作为整个系统来说,其功率因素指标是不符合美国能源之星的要求的。
全世界的各种可控硅调光器多达几十种,上百种。很多LED灯为了和这些可控硅兼容,不知道做了多少试验和改进,但最后还是吃力不讨好。 由于国外的人工很贵,所以也可以认为这是不得已的做法,但是在中国完全可以采取另一些更先进的做法。
为了要对LED调光,可以有很多办法,这些方法都没有可控硅的缺点。下面介绍几种最常用的方法,
LED是一个二极管,它可以实现快速开关。它的开关速度可以高达微秒以上。是任何发光器件所无法比拟的。因此, 只要把电源改成开关恒流源,用改变脉冲宽度的方法,就可以改变其亮度。这种方法称为脉宽调制(PWM)调光法。 图15表示这种脉宽调制的波形。假如脉冲的周期为tpwm,脉冲宽度为ton,那么其工作比
D ,或称为孔度比,就是ton/tpwm。改变恒流源脉冲的工作比就可以改变LED的亮度。
然后用一个PWM信号加到MOS管的栅极, 以快速地开关这串LED。从而实现调
光。也有不少恒流芯片本身就带一个PWM的接口,可以直接接受PWM信号,再
(2)可以有极高的调光精确度。因为脉冲波形完全可以控制到很高的精度,所以很容易实现万分之一的精度。
(3)可以和数字控制技术相结合来进行控制。因为任何数字信号都可以很容易变换成为一个PWM信号。
(4)即使在很大范围内调光,也不会发生闪烁现象。因为不会改变恒流源的工作条件,升压比或降压比, ,更不可能发生过热等问题。
具体获得PWM信号的方法为在墙上的PWM开关和电位器里安装一个PWM 发生器。这个PWM发生器可以很容易地用一个555芯片形成,图17, 。
器,不过这样一来总共需要有5根线连接到灯具。如果要利用原来墙上开关,就要再增加三根线,这是它的主要缺点。它的优点是可以用一个控制器来控制5-10个
EZ-Dimming的GM6182的四段开关调光不失为一种好方案。它只利用墙上的普通电灯开关就能实现4段调光,第一次开为全亮,第二次快速开关为60%亮度,第三次快速开关为40%亮度,第四次快速开关为20%亮度。这种系统的优点是可以利用普通的墙上开关实现调光。而且其功率因素高达092以上。没有产生干扰信号之虑。缺点是无法连续调光。还有操作麻烦一些。它实际上可以和恒流源设计在一
虽然红外遥控可以实现采用PWM连续调光,但在实际使用时,也可以用作分段调
一个LED灯具最重要的性能指标就是它的整体光效。所谓整体光效就是输出光通量,以流明表示,和输入电功率之比,单位是每瓦流明数lm/W。
它不但包括了LED本身的发光效率,也包括了恒流电源的效率和泡壳的透光率。 除此以外,还有它的色温、显色指数等。
为了测试LED吸顶灯的指标,我们通常把它放进大型的积分球中, 以便测量它所发出的全部光通量。并对它所发出的光谱进行分析。
现在就拿图7所示的红外遥控LED吸顶灯为例,测试它的性能指标。这是一个采用168颗3014LED的红外遥控吸顶灯。
总流明数1383lm,输入交流功率=1657W,所以整体光效=8346 lm/W需要说明的是其中包括了两项效率,一个红外接收器的效率,另一个是恒流电源的效率。而恒流电源的效率,单独测试的结果是895%,图8, 。红外接收器的功耗为05W左右,所以实际的输入功率应该是16W。如果不用红外遥控器时,它的整体光效应该是8643lm/W。如果再考虑电源的效率,用在LED上的电功率只有1432W
这样算下来可以得到965lm/W。这应该是LED本身的发光效率。如果改用发光效率为120lm/W的LED,那么它的整体光效就可以达到107lm/W, 即使加上红外接收器的功耗,整体光效也可以超过100lm/W。
色温( 6171K)这完全是由所用的LED决定的,如果用户要求低色温,就可以改用低色温的LED。
显示指数, Ra=762,这个指数相对较低。但是实际上目前所用的显色指数是在15种单色光上的显色指数加以平均的结果,它并不能完全代表它的显色能力。因此照明信息委员会(CIE)不推荐用CRI来测定白光LED的显色能力。
4 如果加上光罩以后,它的整体光效当然会随之降低。而且会降低相当多。因此选用高透光率的光罩是很重要的事。但是透光率过高,也会使用户能够看到其中的光珠,这也是不希望的是。尤其是如果采用1W的大功率LED,就更加明显,所用采用小功率的LED ,例如3014, ,允许用透光率高的光罩,这也是很重要的。(八)吸顶灯的成本和价格
在推广LED灯具中遇到最大的问题就是价格问题。最突出的就是在采用LED 球泡灯来取代白炽灯时,二者的价格会相差20-50倍之多,普通白炽灯的零售价大约在1-2元人民币,而且和瓦数基本无关,而一个相同流明数的LED球泡灯的价钱就大约要50元到100元。例如可以取代60瓦白炽灯的LED球泡灯至少要10W以
