三種光源照明裝置的燈具特性對比

三種光源照明裝置的燈具特性對比

1當前照明的發(fā)展1.1比較照明設備的特性近年來，全球照明的速度正在迅速崛起。各個公司和廠家不斷推出形式新穎的照明燈具產(chǎn)品。表1列出三種光源照明裝置的燈具特性對比。1.2led顯色性的現(xiàn)狀顯色指數(shù)R,是衡量光源顯現(xiàn)被照物體真實顏色的能力參數(shù),它能直接地描述電光源顯色性能的高低。以太陽光的R=100為標準,光源實際的R(0～100)越高,光源顯色性能越接近于太陽光,對顏色的再現(xiàn)越接近自然原色。所謂顯色度是表示顏色再現(xiàn)性的指標,對已確定的8種物體顏色,由試驗光源與基準光源進行比較,檢查其顏色的差異程度并取其平均值,即為平均顯色指數(shù)Ra:Ri=100?4.6△Ei(1)Ra=18∑i=81Ri(2)Ri=100-4.6△Ei(1)Ra=18∑i=81Ri(2)式中△Ei——顏色的偏差值;Ri——特殊顯色指數(shù);Ra——平均的顯色指數(shù)。例如,白熾燈的Ra=100,辦公場所一般使用的直管形熒光燈Ra≈84,原來的LEDRa=70左右(見圖1)。按照國際照明委員會(CIE)的推薦標準,住宅、旅館、店鋪、辦公場所、醫(yī)院等設施應滿足Ra>80,故原來LED的Ra=70是不合適的。因此,近年來由原來白色LED照明的“藍色LED+黃色熒光物質(zhì)”過渡到“藍色LED+紅、黃、綠色熒光物質(zhì)”,使顯色性提高。目前,高顯色度的LED已進入實用化。迄至2009年,隨著LED燈泡的價格大幅下降,呈現(xiàn)出LED愈益普及的動向,達到了顯色指數(shù)接近自然的Ra=80水平。同時,LED還具有節(jié)能、長壽命等重要特點。應用領域的不斷擴大,燈光的“質(zhì)量”也愈益受到重視。1.3led調(diào)光控制LED光源與熒光燈一樣,隨點燈時間的增加,亮度會慢慢地下降。而且,由于燈具的污染,光效也降低。這些在辦公場所和商業(yè)設施的照明中,是完全可以預料到的。因此,在臺數(shù)已設定,選擇合適照度的燈具時,要將開始運行的照度選擇的比設計的照度值高,高出的這部分將作為無用的功率被消耗掉。此外,還應考慮白天由窗戶透過的白晝光,要盡可能抑制無效的耗電浪費。這就是連續(xù)調(diào)光型照明燈具與照明控制系統(tǒng)的有效組合,達到節(jié)能省電的目的。目前采用的調(diào)光控制有兩種方法。第一種LED調(diào)控方法是采用模擬調(diào)光控制,即通過調(diào)節(jié)LED的正向工作電流來實現(xiàn)LED的調(diào)光,調(diào)光控制范圍可達10∶1。如果要進一步降低LED的正向工作電流,則會產(chǎn)生LED發(fā)光顏色發(fā)生變化和不能準確調(diào)控LED正向電流的問題。第二種方法是采用數(shù)字式或稱為PWM的調(diào)光控制法。以大于100Hz的開關工作頻率,由脈寬調(diào)制(PWM)的方法改變LED驅(qū)動電流的脈沖占空比來實現(xiàn)LED的調(diào)光控制。選用大于100Hz開關調(diào)光控制頻率主要是為了避免人眼感覺到調(diào)光閃爍現(xiàn)象,在LED的PWM調(diào)光控制下,LED的發(fā)光亮度正比于PWM的脈沖占空比。這種情況下,可在高調(diào)光比范圍內(nèi)保持LED的發(fā)光顏色不變;采用PWM的LED調(diào)光控制的調(diào)光比范圍可達3000∶1。1.4led光催化機LED燈因?qū)冱c光源,與過去的白熾燈和現(xiàn)有的熒光燈不同,設計上有較大的自由度。LED光源平面配置時,能制造成超薄形結(jié)構(gòu)的簡單外觀,減少了照明燈具的空間占用感。與原來的圓柱形燈光不同,從視線方向看給予一種薄板浮置的感覺,能實現(xiàn)空間和諧和照射物自然的光環(huán)境。圖2所示為原來的燈具與新設計的LED燈具。2重要節(jié)能性能的實現(xiàn)2.1光電轉(zhuǎn)換效率裝置綜合效率LED照明裝置,由LED模塊(LED封裝組件,安裝配線用的印刷電路基板),照明燈具支架以及電源電路組成。LED照明裝置的轉(zhuǎn)換效率以光通量/消耗功率表示。決定光電轉(zhuǎn)換效率(裝置綜合效率)的組成要素包括:(1)LED的發(fā)光效率;(2)電源電路效率;(3)取決于溫度的效率;(4)光學系的效率。也即裝置綜合效率η=LED發(fā)光效率η1(1m/W)×電源電路效率η2(%)×取決于溫度的效率η3(%)×光學系效率η4(%)(3)下面對有關裝置綜合效率中與溫度相關的效率η3和光學系的效率η4予以闡述。2.2led熱回收工藝在白熾燈和熒光燈等原來的光源中,轉(zhuǎn)換為可見光后剩余部分的能量,將以熱的形式散發(fā)。例如,白熾燈主要以紅外線(熱線)散發(fā);熒光燈則因發(fā)光燈管的表面積大,能利用空氣的對流散熱。而LED燈幾乎不發(fā)射紅外線,表面積又小,故仍以原來光源用燈具相同的設計進行散熱很困難。LED由于芯片溫度上升,光通量降低。因此,要將芯片產(chǎn)生的熱量進行有效的熱傳導,并使組成LED照明燈具整個裝置的熱阻抗最小化。較實用的LED散熱方法是將LED的銅(或鋁)基板直接固定在一體化的燈具外殼上,通過燈殼直接充當大面積的散熱器,把熱量散發(fā)出來。圖3為熒光燈和LED燈向下照明(downlight)方式中的散熱結(jié)構(gòu)。對所開發(fā)的LED照明產(chǎn)品使用了鋁基板。為將LED封裝組件與框架(外殼)的熱阻抗抑制到極小,從外殼至空氣中的散熱是通過熱流體分析,對壓鑄的鋁質(zhì)散熱片形狀及其配置進行了優(yōu)化設計而確定的(見圖4)。勿容置疑,芯片制造和器件封裝是解決LED發(fā)熱的根本。LED芯片的內(nèi)部量子效率直接影響其發(fā)光效率,非輻射復合率則決定著芯片發(fā)熱的大小?？梢哉f,只有制造出具有良好質(zhì)量的LED芯片才可能有性能優(yōu)越的LED光源。2.3led光、環(huán)光和加光機構(gòu)作為LED光源的特點是:發(fā)光部的體積小(發(fā)光角小,點面積亮度高)和定向的發(fā)射光(投光的指向性)。無論從哪一點考慮,將LED光源做成照明裝置,均要比原用光源取得更理想的光輸出。圖5為白熾燈與LED燈各自的光度分布(配光),以及利用反射板的輔助配光。相對于白熾燈的全方位配光,LED光源則只具朝下的指向性。在白熾燈場合下,全部發(fā)光量之中僅有約33%是直接向下發(fā)射的;而LED光源則有76%為直接向下投光,反射損耗小,效率(向下120°范圍直接發(fā)射的效率)高。而且,白熾燈因發(fā)光部的燈具較大,難于實現(xiàn)高效率反射板的設計;白熾燈中至光源的再入射光多,光學系統(tǒng)的效率約為70%;而LED的發(fā)光部可縮小到約3mm2(1W級)。當反射板的優(yōu)化設計后,可望達到高效率。此外,點光(集光)型式中,因有較高效率的集光,通過透鏡進行配光控制。利用透鏡的屈折光線,對不能由反射板控制的正面方向光線,可在任意方向調(diào)控,配光控制更細密,如圖6所示。3燈具綜合效率在LED照明領域,通過最佳的散熱設計及高效率反射板