LED glass lens /Glass lens street light/Floodlight
使用LED灯具压力平衡呼吸器

一、户外灯具防护

       户外LED灯具经常受到雨水、雾气、冰雪、风沙、酸咸、盐雾、灰尘、污物、湿度(潮气)、昆虫的侵扰,为了确保设计寿命期内灯具所用电子元器件、LED发光芯片和光学系统等始终处于正常状态,工程师们采用了严格的防护措施——

       1、防护等级通常定在IP68或以上;

       2、采用更耐用的密封圈或垫片以改善密封效果;

       3、增加壳体厚度以减少密封圈周围的壳体移动;

       4、在密封圈或垫片周围安装更多的螺钉以保持更持久的密封效果;

       5、应用结构性防护措施。

       这样一来,灯具结构也成为了一个实实在在的密闭腔体。

       一个不争的事实是,环境温度变化和灯具开关操作均会导致密闭腔体内外压力差的产生,这种压力差会在灯具结构连接处、密封圈及其它接头点形成应力集中现象,并对灯具结构及其密封零部件和材料性能产生破坏性影响。长时间正负压力差交替作用,致使结构件衔接处的缝隙变大,腔体密闭性变差,而同时产生呼吸效应。

       二、呼吸效应及影响

       实验证明,除了环境温度激烈变化的影响,户外LED灯具工作时因电光转换效率问题而产生的热量对灯具密闭腔体内外压差的产生影响最大。

       从理想气体状态方程:

PV=nRT

      [P为气体压强(Pa),V为气体体积(m3),T为热力学温度(K),R为摩尔气体常数(J/mol.K),n为气体质量(mol)。]

       可知,灯具温度升高时,内部压强将会增加,与大气形成压力差,如果灯具存在一定的缝隙,腔体内的气体就会泄出。当灯具温度下降时,内部气压降低,外面的空气、湿气、水气或者含有酸咸盐成分的腐蚀性气体将渗入,这便是密闭腔体之呼吸效应。

       呼吸效应所带来的最不好的影响在于其使得湿气、水气或者含有酸、咸、盐成分的腐蚀性气体渗入灯具,它们不仅会在透镜上凝结水珠而影响照明效果,更会腐蚀透镜、光源及电子元器件,使其丧失应有的技术性能以缩短灯具寿命。也会导致电器短路而引发各种安全问题。

       三、作用、原理和结构

       呼吸器是把ePTFE透气膜(膨体聚四氟乙烯多微孔膜)通过注塑、超声焊接等形式和塑胶、金属、硅胶等其他材料结合,形成可以密闭的安装部件。

       呼吸器有螺纹式、压入式、卡扣式、纽扣式等主要款式,透气量和防护等级是其最重要的两个性能指标。

       呼吸器安装在灯具上,使密闭腔体内部空气与大气通过ePTFE薄膜交换气体。

当灯体内温度发生变化——气体膨胀或压缩时,与外部大气形成压力差,空气将通过ePTFE薄膜流动,使灯体内部气压与大气压保持平衡,同时隔绝水气的进入,合理利用呼吸效应很好地解决了气压差带来的系列影响。

       ePTFE透气膜(膨体聚四氟乙烯多微孔膜)的微孔直径在0.1-10μm之间,而气体的分子只有0.0004μm左右,膜的孔径比气体直径大250-25000倍,因此气体可以顺利通过。
    

       细雨的直径有400μm,比薄膜的微孔直径大40-4000倍。由于ePTFE薄膜材料之表面能很低,接触角为135.6°,在表面张力(水分子相互拉扯)作用下,使水汽冷凝变成小水滴在ePTFE膜表面形大较大水珠,从而有效阻止液态水润湿和毛细渗透,因此具有良好的防水透气性能。

       ePTFE透气膜(膨体聚四氟乙烯多微孔膜)具有高度的可压缩性,极其容易填满密封面上存在的空洞和沟槽,能很好地堵塞界面的泄漏,并且在受到张力作用时,有回弹膨胀的特性。内部介质压力越高,密封作用力越大。

       四、结束语

       户外灯具呼吸器——

       防水、防尘、防油污,防护等级过IP68;耐化学剂、耐高低温、抗老化,能提高灯具在苛刻环境中的可靠性;ePTFE具有很好的耐蠕变性、极差的亲水性和吸附性、较好的透气性和极强的耐腐蚀性,具备在很宽的温度范围内皆能长期安全使用的性能。

       户外灯具呼吸器——

能防止透镜结露结雾,确保灯具照明使用效果;能保护灯具内温度敏感的电子、电感产品,延长灯具使用寿命;在极端环境下使用,能极大地减少由于盐腐蚀而引起的电子、电感产品故障;微散热及平衡灯具(密闭腔体)内外压力差,降低灯具壳体及密封硅胶条所承受的压应力,从而保证灯具结构的完整性。

光束角、遮光角、截光角概念释疑

一、光束角

       光束角(Beam angle)指在垂直光束中心线的某平面上,发光强度等于 50% 最大光强的两个方向之间的夹角。

这个参量常用来衡量角度比较窄的反射型光源、射灯和筒灯的光强分布。

       光束角不是指全光束包容角,所以打出来的光斑不可能是从灯具中心到光斑外边缘的连线与从灯具中心到光斑中心点的连线之间的夹角。

       那是不是用照度计测试,得到 50% 照度的点是 50% 光强直射的点呢?答案是NO!根据余弦定律和平方反比定律,理想状态下,50% 光强直射的点的照度值 Ep 应该是:

注意:室外灯具常把 1/10 峰值光强的包容角称为该灯具的光束角。

     二、遮光角(保护角shielding angle)

       灯具遮光角(shielding angle)指光源最边缘一点与灯具开口边缘的连线与水平线之间的夹角。

      三、截光角

       灯具截光角(cut-off angle)常常被与遮光角混为一谈,但差之毫厘谬以千里,它其实是遮光角的余角。

       遮光角和截光角,常用来控制灯具的眩光,是衡量灯具光度分布视觉舒适性的必需参数。室外路灯直接用截光角来衡量灯具的眩光等级。

       保护角为30°(截光角为60°)的灯具,为什么站在视线30°几何位置处,仍然这么刺眼?

从图中我们可以看出,灯具的光线,除了光源的直射可能造成眩光之外,灯具腔体材料表面的反射光线也可能造成眩光。此外,整体的灯具表面亮度也可能造成室内材料尤其是电脑等表面的反射眩光。

总的来说,光环境眩光控制是一个系统工程。只看保护角显然是不够的,而现在很多照明设计师仅仅用光束角来衡量灯具的眩光控制,也就显得有点简单粗暴了。

LED驱动稳定性设计所不能回避的几个基础知识

      一、什么是PF值?

       PF值即功率因素:是表示用电设备对电网电力系统利用率的一个指标。相同功率的用电设备,PF值较高的设备输入电流更小,所需电力系统的容量也更小。各国对民用、商业和工业用电设备都有明确的PF值要求。

      二、PF值过低有什么坏处?

       PF值过低会带来多方面的不良影响:首先PF值过低会导致输入电流较大,需要增大输入线线径保证线路安全,其次PF值过低会增大电网损耗,拉低电网电压,导致用电设备异常。同时PF值低的设备往往谐波也很大,谐波容易对电网用电设备产生干扰,影响设备正常工作。

      三、什么是总谐波失真(THD)?

       谐波是指电流中所含的频率为基波整数倍的电量。总谐波失真是指信号输入时,输出信号比输入信号多出的额外谐波成分,各谐波叠加在输入信号上会产生畸变的波形,THD通常用百分比来表示,表示电流谐波含量占基波含量的百分比。

      四、总谐波失真(THD)过高有什么不好?

       当大量使用THD过高的用电器设备时,它产生的谐波电流总量会严重污染整个供电系统和其他用电用户,同时也使电网电压波形发生畸变。

过大的谐波电流会产生以下危害:

       1、使电力变压器产生局部磁化,损耗增大,严重时会危及变压器及电力运行安全。

       2、谐波电流通过功率补偿设备的电力电容器时,容易导致电力电容器过流或过压损坏。

       3、谐波电流能对线路上的继电保护、仪器仪表、自动控制、电子通讯、卫星导航以及计算机系统产生强烈干扰,从而引起误动作、出现噪声等异常现象。

       4、在三相四线制供电系统中,谐波电流会使电网的相电流无法在中线相互抵消致使中线内电流产生叠加而过流损坏,若三相电位发生偏移,严重时会导致烧毁灯具,甚至引起火灾。

      五、什么是浪涌?

       顾名思义就是瞬间出现超出额定值的峰值,它包括浪涌电压和浪涌电流。浪涌也叫突波,顾名思义就是超出正常工作电压的瞬间过电压。本质上讲,浪涌是发生在仅仅几百万分之一秒时间内的一种剧烈脉冲。可以引起浪涌的原因有:重型设备、短路、电源切换或大型发动机。而含有浪涌阻绝装置的产品可以有效地吸收突发的巨大能量,以保护连接设备免于受损。

       1、浪涌简介

       浪涌电流是指电源接通瞬间或是在电路出现异常情况下产生的远大于稳态电流的峰值电流或过载电流。

       在电子设计中,浪涌主要指的是电源刚开通的那一瞬间产生的强力脉冲,由于电路本身的非线性有可能高于电源本身的脉冲;

       或者由于电源或电路中其它部分受到本身或外来尖脉冲干扰叫浪涌。它很可能使电路在浪涌的一瞬间烧坏,如PN结电容击穿,电阻烧断等。

       浪涌保护就是利用非线性元器件对高频(浪涌)的敏感设计的保护电路。简单而常用的是并联大小电容和串联电感。

       2、产生原因

       ⑴、外部原因(雷电原因)

       雷击引起的浪涌危害最大。在雷击放电时,以雷击为中心1.5~2.0KM范围内,都可能产生危险的过电压。雷击引起(外部)电涌的特点是单相脉冲型,能量巨大。

       外部电涌的电压在几微秒内可以从百伏特快速升高至20000V,可以传输相当长的距离。按ANSI/IEEE C62.41-1991说明,瞬间电涌可高达20000V,瞬间电流可达10000A。根据统计,系统外的电涌主要来自于雷电和其它系统的冲击,大约占20%。

       ①、感应雷击电涌过电压:雷击闪电产生的高速变化的磁场,闪电辐射的电场作用于导体,感应很高的过电压,这类过电压具有很陡的前沿并快速衰减。

       ②、直接雷击电涌过电压:直接落雷面电网上,由于瞬间能量巨大,破坏力超强,还没有一种设备能对直接落雷进行保护。

       ③、雷击传导电涌过电压:由远处的架空线传导而来,由于接于电力网的设备对过电压有不同的抑制能力,因此传导过电压能量随线路的延长而减弱。

       ④、振荡电涌过电压:动力线等效一个电感,并与大地及临近金属物体间存在分布电容,构成并联谐振回路,在TT、TN供电系统,当出现单相接地故障的瞬间,由于高频率的成分出现谐振,在线路上产生很高过电压,主要损坏二次仪表。

       直接雷击是最严重的事件,尤其是如果雷击击中靠近用户进线口架空输电线。在发生这些事件时,架空输电线电压将上升到几十万伏特,通常引起绝缘闪络。雷电电流在电力线上传输的距离为一公里或更远,在雷击点附近的峰值电流可达100KA或以上。在用户进线口处低压线路的电流每相可达5KA到10KA。在雷电活动频繁的区域,电力设施每年可能有好几次遭受雷电直击事件引起严重雷电电流。而对于采用地下电力电缆供电或在雷电活动不频繁的地区,上述事件是很少发生的。

       间接雷击和内部浪涌发生的概率较高,绝大部分的用电设备损坏与其有关。所以电源防浪涌的重点是对这部分浪涌能量的吸收和抑制。

       ⑵、内部原因(大型设备工作、短路、电源切换、设备故障、同一线路带载数量过多)

       内部浪涌发生的原因同供电系统内部的设备启停和供电网络运行的故障有关:

       在电力系统内部,由于断路器的操作、负荷的投入和切除或系统故障等系统内部的状态变化,而使系统参数发生变化,从而引起的电力内部电磁能量转换或传输过渡过程,将在系统内部出现过电压。系统内的电涌主要来自于系统内部用电负荷的冲击,大约占80%。在电力系统引起的内部过电压的原因大致可分为:

       ①、电力在负荷的投入和切除。

       ②、感性负荷的投入和切除。

       ③、功率因素补偿电容器的投入和切除。

       ④、短路故障。

       ⑤、同一线路带载数量过多。

      六、浪涌的等级分类

       根据GB/T17626.5-2008《电磁兼容试验和测量技术 浪涌(冲击)抗扰度试验》等同于国际标准:IEC61000-4-5:2005

       浪涌抗扰度试验等级分为:


备注:“X”可以是高于、低于或在其他等级之间的任何等级,该等级可以在产品标准中规格。

      七、纹波电流

       纹波电流定义为输出直流电流上叠加的交流成分。LED电源将输入端的交流电转换成直流电来驱动LED,转换的过程中因电路及器件的特性不可避免的叠加了交流成分。有试验证明,纹波电流对LED的光输出和光效有影响,纹波电流的存在会降低LED的光输出和光效,纹波电流幅值越大光效和输出下降越明显,但控制纹波幅值的大小,LED仍可保持较高的光效。

如何判断 LED 灯具散热优劣?

灯具的颜值是外观、灯具的核心是芯片、灯具的灵魂是光学⋯⋯这内外兼修的节奏,似乎已经把灯具的整个生命透视了个彻底。举个应景的例子:如果说一个城市的下水道代表着这个城市的良心,那么,灯具的散热,就是灯具这颗容易被忽略的良心,无论颜值多高、核心多好、灵魂多高尚,遭遇了散热不良,等于良心坏掉全盘倾覆,是个一票否决的重要点。所以,灯具的散热系统是否优秀,则显得十分重要!

       LED 灯具区别于传统灯具,一般都有个很明显的标志:后面有散热片。并不是因为 LED 温度很高需要散热。恰恰相反,正是因为 LED 属于冷光源,芯片很“怕热”,才要做好散热,让它能稳妥工作。

图:散热器几乎成为 LED 灯具的特征。

图:别以为散热器都是看不见的就没有颜值,工业设计可以说是设计美学的最高境界。

      LED热管理

图:LED 热量传导示意图

       热量的产生与走向,专业术语叫做“热管理”。如上图所示,LED 芯片,是发出热量的源头,也是最怕高温的位置。我们需要把它发出的热量迅速传到基板,再传到散热器,再散发到外界,以保证芯片的温度不会过高。

       以上的整个过程,就是一套“散热系统”,一般分为三大块:

       1、热量的产生:LED 芯片工作发热;

       2、热量的传导:热量通过基板等中间路径到达散热器;

       3、热量的散发:热量通过散热器散发到外界。

      如何判断LED散热的优劣?

图:红外热成像仪,是常用的非接触式温度测量设备。

       一款散热设计合理、制作精细的灯具,散热能力和功率有相应的对应关系。散热片的体积、重量决定了热量的储存能力,所以散热片一般都是个大坨坨。散热片的面积决定了最后的散发能力,为了加大面积,一般会做成各种柱、网、片等形状。

       散热器在灯具的成本里占了很大一块。某些偷工减料的工厂为了节约成本,会以次充好、以小充大。那么问题来了:我们如何判断一个灯具的散热器做得好不好呢?

       当然,最直接的方法是测量灯具工作时 LED 芯片的温度,专业术语叫做“结温”。管他怎么吹,结温控制在可接受的范围内,那就是做得好,反之就是偷工减料了。

       但是,结温不是那么容易测量的,需要一连串的专业设备和方法,才能准确测量出灯具内部核心位置 LED 芯片的结温。有时,即使用专业设备,也只能从外部看到表象,无法深入测量。

图:使用专业成像仪,也只能看到外部的温度,而无法知道芯片的结温。

       我们一般的设计师、工程商,在选择灯具时,显然无法去测量结温。最土的方法是——用手摸……那么,模上去烫好?还是不烫好呢?

       首先澄清一下:用手摸感触测试 LED 灯具温度,本身不具科学说服力,毕竟不同之人感知温度的敏感度有所差异。然而,当测试设备不在现场的情况下,用手摸也能粗略判断灯具温度的高低,前提是灯具温度要低于烫伤手的温度下使用。

      手摸散热器不烫,不一定好

       当 LED 灯具正常工作时,好的散热器必定温度较低,但温度较低的散热器未必就好。

       是不是有点绕?呵呵…… 我们先看看示意图:

图:芯片热量不多,传导良好,散热足够,手感温度不高。这是个好散热系统,唯一的“缺点”可能就是有点浪费材料,呵呵~

那为何手感温度低的散热器并不一定是好的散热器?问题主要出在热的传导环节。当热源产生的热量无法顺畅的传送到散热片上时,热量积聚在热源附近,靠高温差传导热量到散热片上,故而手感温度不高。

图:如果基板下面有杂质,没有和散热器良好接触,热量传不出来,集聚在芯片。外面摸不热,其实里面芯片早就高温啦!

      手摸散热器很烫,肯定不好

       如手摸散热器很烫,散热系统必定不好,要么散热器散热能力不足,存在小牛拉大车的可能;要么有效散热面积不够,使得热量无法快速的同环境空气进行热交换,导致灯具同空气以高温差进行散热,从而手感很烫。

图:散热器体积或面积不足,芯片的热量不能及时散发出去,就会造成手摸很烫。

       有些散热器看上去很粗大,其实“有效散热面积”是不够的。一套散热系统,其中部分能够充分接触环境空气并且空气能迅速自由离开的散热片面积,才能称为“有效散热面积”。其它无法被空气自由充分接触面积的材料,充其量只能算是热容材料或热辐射面积。

       这些都是靠眼观手测物理方法,而且不好鉴别,那么怎么系统地去鉴别 LED 灯具的散热优劣呢?小编为你推荐:

      “半小时照度法”测结温

       既然我们没法直接测量结温,那有没有间接的方法可以得知结温呢?庆幸的是,一般 LED 结温升高,光通量会下降。那么,我们只要测量灯具照在同一个位置的照度变化,就可以反推出结温的变化了。

       具体做法是:

       1、选择一个不受外界光干扰的场所,最好是晚上,关掉其他灯。

       2、冷态开灯,立即测量一个位置的照度,记下此时读数为“冷态照度”。

       3、保持灯具和照度计位置不变,灯具持续工作。

       4、半小时后,再读取此处的照度值,记下读数为“热态照度”。

       5、如果两个数值相差不多(10~15%),则此灯具的散热系统基本良好。

       6、如果两个数值相差很远(大于20%),则此灯具散热系统值得怀疑。

图:“半小时照度法”间接测量结温变化。

       只是具体照度会下降多大比例才是合理?这个要看具体 LED 芯片的规格性能,而无法简单的规定范围比例。

      “半小时照度法”的适用范围

       我们列举几个常用芯片的“光通量 vs 结温”变化曲线,可以从此曲线看出,光通量下降多少流明,可以间接得知结温上升到了多少摄氏度。

图:OSRAM S5(3030)芯片,光通量比25℃时下降20%时,结温已超过120℃

图:OSRAM S8(5050)芯片,光通量比25℃时下降20%时,结温已超过120℃

图:OSRAM E5(5630)芯片,光通量比25℃时下降20%时,结温已超过140℃

图:OSLON® SSL 80 White芯片,光通量比25℃下降15%时,结温已超过120℃

图:Luminus Sensus Series芯片,光通量比25℃下降15%时,结温已超过105℃

       从上面几张图可以看出,如果半小时后的热态照度比冷态下降20%,基本上结温都已超过芯片的耐受范围。基本可以判断散热系统不合格了。

标准(基准)光源

       标准(基准)光源是指模拟各种环境光线下的人造光源,让生产工厂或实验室等现场也能获得与这些特定环境下的光源基本一致的照明效果。标准(基准)光源通常安装在标准光源箱内,主要用于检测物品的颜色偏差。英文名:Standard Light Sources。

       人造的标准光源主要有如下10种类型:

       ⑴ 模拟蓝天日光——D65光源 色温:6500K;

       D65–国际标准人工日光(Artificial Daylight) 色温:6500K 功率:18W;

       ⑵ 模拟北方平均太阳光——D75光源 色温:7500K;

       ⑶ 模拟太阳光——D50光源 色温:5000K;

       ⑷ 模拟欧洲商店灯光——TL84光源 色温:4000K;

       TL84–欧洲、日本、中国商店光源 色温:4000K 功率:18W;

       ⑸ 模拟美国商店灯光——CWF光源 色温:4100K;

       CWF–美国冷白商店光源(Cool White Fluorescent)色温:4150K 功率:20W;

       ⑹ 模拟另一种美国商店灯光——U30光源 色温:3000K;

       U30–美国暖白商店光源(Warm White Fluorescent)色温:3000K 功率:20W;

       ⑺ 模拟指定的商店灯光——U35光源 色温:3500K;

       U35–美国零售商塔吉特-Target指定对色灯管,色温3500k;

       ⑻ 模拟家庭酒店暖色灯光——F灯 色温:2700K;

       F–家庭酒店用灯 色温:2700K 功率:40W;

       ⑼ 模拟展示厅射灯——Inca灯 色温:2856K;

       A–美式厨窗射灯 色温:2856K 功率:60W;

       ⑽ 模拟水平日光——Horizon 色温:2300K;

       TL83 –欧洲标准暖白商店光源(Warm White)色温:3000K 功率:18W;

       UV–紫外灯光源(Ultra-Violet)波长:365nm 功率:20W。

       标准光源是几种灯光同时安装在一台标准光源箱内,如T60(5)标准型的标准光源箱包含了D65、TL84、CWF、F、UV五种光源,Color-60八光源包含了D65、TL84、TL83、CWF、U30、UV、F/A共八种光源。

       标准光源的选择和开启,采用的是轻触按键操作模式,只要按一下对应光源名称的按键,这种标准光源就会点亮。个别客户要求同时开启两种或多种光源时,可同时按下多个按键。

       关于应该在什么时候使用哪一种标准光源,一般根据客户的指定要求而定,如果客户没有特别要求,通常选择D65标准日光即可。

       标准(基准)光源必须符合国际照明学会CIE的标准。当然,CIE的要求往往是一个很宽的范围,如照度范围宽达750Lux-3200Lux,对某些光源的色温范围也允许有±500K的误差。

       而一些大型企业的标准要高过CIE的标准,特别是知名的标准光源生产厂家,采用了更加严厉的生产标准,如光源的色温范围控制在±200K以内,以保证灯光在使用一段时间后,仍然在国际标准的范围之内。

色温、光效与显指间的相互关系

目前市场上主流白光LED,是由蓝光芯片激发黄色荧光粉制作而成,这种方法制作相对简单成本低而得到普遍运用。

       高显的产品首先要光谱全面才可以达到高显,比如要有三基色R、G、B三种光谱混色后显指就高,照在物体上透过漫反射到人眼识别会有很逼真的效果。

       而我们目前用蓝光芯片激发黄色荧光粉他本身就只有两种光谱,蓝色和黄色,缺少红色光谱,所以导致显色性不高。

       目前黄色荧光粉的激发效率高过红色荧光粉的效率,所以如果要实现高显的话,就得在黄色荧光粉里面混用红色荧光粉。

       红色荧光粉激发效率低。一旦加在黄色荧光粉里面通过蓝光激发后效率就会被红色荧光粉拉低。所以加红粉会提高显指但会降低光通量。

       随着全球首个LED行业标准美国能源之星的公布,正白光显指在80目前很容易做出来,唯一考技术的就是暧白光要实现高显和高光效有点技术难度,业界通常的做法都是用黄粉加红粉去调实现暧白高显,但这种方法很容易拉低光通量。

       暧白光实现显指80的话目前有新的成份的橙粉来实现暧白光显指80不降流明的做法。

       1、光效=光通量Lm/功率W=lm/w,所以光效是与产品光通量及芯片正向电压有关。

       2、再来说一下色温与光通量的关系,这个涉及到用什么方法做白光。以蓝光芯片+荧光粉为例,多年实践经验表明在相同显色指数、相同芯片的情况下正白光色温段5000K~6000K的光通量为最高,高色温至低色温的光通量其光效则依次下降。

       3、显色指数与光通量即光效的关系是,在同一色坐标即色温一样的时候显色指数越低光通量越高,显指越高光通量越低。

       4、显色指数与色温的关系,其实显色指数与色温并无直接的关联,但是在低色温段上由于还要考虑到一个光效的问题,因此很多厂商为追求高光通量的低色温产品而忽略了显色指数Ra<70,所以在以相同芯片、相同光通量的情况下低色温的显色指数较低。

       5、为提高光通量并在不增加成本的基础上——以正白光为例(只使用黄粉):

       第一、应选择与荧光粉相匹配的波段(不同的荧光粉最佳激发波长不同);

       第二、尽量使用高折射率硅胶(高折射硅胶可使蓝光芯片出光率提高);

       第三、整体结构做到以下两点:⑴ 热电分离; ⑵ 荧光粉薄化。

       6、总结

       LED白光产品需根据不同的应用需求来调整产品的色温及显色指数,如室内照明用LED光源显色指数应做到80,才能符合国家照明灯具要求。

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发光角度120°×80°、150°×80°(对称)等多种配光角度,合理的照度均匀度和防眩光等级等
设计有效的改善隧道内路面的墙壁照明状况,改善隧道内视觉享受,减轻驾驶员驾驶疲劳。

道路配光
有TYPE2-M、TYPE3-M等多种配光角度,其配光在路面形成照度均匀的类矩形光斑,
可以适用于双向八车道、六车道、四车道、二车道、一车道道路情况。
高杆灯配光
应用于大型广场、主干道交叉路口、码头、车站和体育场等场所中,悬挂高度较高,照明范围比较
广泛而且均匀,能够带来较好的照明效果,满足大面积场所的照明需求。
工矿灯配光
发光角度25°/45°/60°/90°/120°,主要应用于大楼外墙、桥梁、公园、广告招牌、球场广场、
工厂车间照明。

洗墙灯透镜的应用场所:   高功率LED洗墙灯照射距离可达10-1米,非常适合政府部门亮化工程、商业场所、地铁、高架立交桥、建筑外墙、建筑地标、内外墙面的全景式泛光。建筑景观层,室外广场。风景园林墙、展示品刷色。适合各种室内外温度和湿度环境。色彩有红色、白色、绿色、蓝色、七彩等效果。   将五彩缤纷的光线和水有机结合,产生灵巧感,带来梦幻般的感受。LED大功率T45光时代洗墙灯采用24颗大功率LED作为发光元件,是新一代的绿色照明产品。长程大角度,丰富的色彩投射效果,给人带来全新的视觉感受,让人沉浸在变幻无常的色彩世界中。   LED洗墙灯内装微片控制,在小工程应用场合,不用控制器,能够实现渐变、跳跃、颜色闪烁、随机闪烁、渐变交替等动态效果,还可以由DMX控制,实现追踪,扫描等效果。其主要应用场所有:单体建筑、历史建筑群外墙照明、建筑物内部光外透照明、室内局部照明、景观照明、广告牌照明、医疗、文化及专门设施照明、酒吧、舞厅及其他娱乐场所气氛照明。
致使LED灯具价格差异较大的六个主要方面

一、芯片

       芯片是国外的正品还是非正品?是国外的那一种?一流品牌当属欧美的CREE、OSL及日本日亚;其它如普瑞、丰田合成、首尔半导体等,也很不错;台湾的晶元、新世纪等对应的是中端,国产的芯片价格较低。

       二、封装

       同样是采用了比较好的芯片,封装是原厂封装还是自已封装?是用环氧树脂还是用硅胶?是用的双金线还是单线?等等这些都对价格有较大的影响。

       芯片是用大功率LED还是用SMD做光源?大功率的当然要好一些。如果用SMD方式做光源,那么规格是3528还是5050,7070还是其它,等等,不同的规格当然成本就不一样了,售价自然也不一样。

       三、驱动

       驱动电路是恒压还是恒流,如果用恒流是用怎样的恒流电路?稳定性和可靠性如何,等等。有些低端LED灯具由于采用了低价的LED驱动,用不到几个月甚至几天时间,试用中就会一闪一亮,这就是用劣质驱动电源造成的,当然这类劣质的LED驱动其价格也比较低。

       四、散热方式

       LED的寿命与散热有很大的关系,散热不好,光衰就很严重,用不了多久就会出现问题。

       五、散热材料

       目前国内的LED灯具大多采用铝材料做散热器,那么用压铸铝和用型材铝做散热,效果是不一样,后者成本当然高,可散热效果确实好。

       六、外观工艺

       这一点不用多说,消费者就能看出来。特别需要提及的是,有一些“内脏很差”,但外观却很精致的LED灯具特别能赢得一些消费者的好感,愿意购买。

技术新引擎,“7070+连板玻璃透镜”助力LED道路照明新未来

嘉腾LED玻璃透镜模组优势
1.散热快,产品更耐用
2.配光优,照明效果更佳
3.光衰少,延长使用寿命
4.外观美,产品设计独特
5.组件好,品质更优
6.品质更优,寿命10年以上
玻璃透镜优势
玻璃透镜连板设计,突破了传统的模组采用的PC连板透镜,带来一种全新的体验,有效地克服了PC透镜的不良问题:
1、抗腐蚀能力:高硼硅3.4玻璃属于硼硅酸盐玻璃中的硼硅玻璃,耐酸耐碱,抗腐蚀性能优越。
2、耐温性强:相比PC透镜,其热膨胀系数较低,拥有良好的热稳定性,光学表面温度的变化小,保留原有的光学照明效果。
3、透光率高:常规PC透镜透光率在85%左右,造成光照的浪费,玻璃透镜透光率为90-93%,镀加增透膜后可高达97%。
4、相比于PC透镜,玻璃透镜不会产生老化/黄化现象,从而影响透镜透光率。
5、相比于PC透镜,玻璃透镜不会吸附灰尘,并且方便清洗。
隧道照明配光
发光角度120°×80°、150°×80°(对称)等多种配光角度,合理的照度均匀度和防眩光等级等
设计有效的改善隧道内路面的墙壁照明状况,改善隧道内视觉享受,减轻驾驶员驾驶疲劳。

道路配光
有TYPE2-M、TYPE3-M等多种配光角度,其配光在路面形成照度均匀的类矩形光斑,
可以适用于双向八车道、六车道、四车道、二车道、一车道道路情况。
高杆灯配光
应用于大型广场、主干道交叉路口、码头、车站和体育场等场所中,悬挂高度较高,照明范围比较
广泛而且均匀,能够带来较好的照明效果,满足大面积场所的照明需求。
工矿灯配光
发光角度25°/45°/60°/90°/120°,主要应用于大楼外墙、桥梁、公园、广告招牌、球场广场、
工厂车间照明。

LED散热器的选择

      LED作为新一代安全可靠、节能环保的绿色光源,具有耗电量少、发光效率高、稳定性好和寿命长等众多优点,是目前照明产品中的热点,但LED,特别是大功率LED的研发还面临着一个比较重大的课题,即如何更好地解决散热。

      在LED中,由于外部量子效率的原因,有80~70的能量转换为热能,如果其热量不能很好地散发出来,则LED的相对初温率就会线性下降,进而髟响LED的可靠性和使用寿命。因此,解决散热问题,成为大功率LED发展的一个关键所在。

      目前,大功率LED的驱动电流都能达到300mA甚至1A级以上。根据上述LED器件的散热环节,应从以下几方面解决大功率LED的散热问题:

      1、LED产生热量的多少取决于量子效应。在氮化镓材料的生长过程中,应改进材料结构,优化生长参数,获得高质量的外延片,提高器件内的量子效率,从根本上减少热量的产生,加快芯片结到外延层的热传导。

      2、选择以铝基为主的金属芯印制电路板(MC-PCB)、陶瓷基板(DBC)、复合金属基板等导热性能好的材料作为衬底,以加快热量从外延层向散热基板散发。通过优化MC-PCB板的热设计,或将陶瓷直接绑定在金属基板上形成金属基低温烧结陶瓷(LTCC-M)基板,以获得热导性能好、热膨胀系数小的衬底。

      3、为了使衬底上的热量迅速扩散到周围环境,通常选用铝、铜等导热性能好的金属材料作为散热器,再加装风扇和回路热管等强制制冷。无论从成本还是外观来看,LED照明都不宜采用外部冷却装置,因此根据能量守恒定律,利用压电陶瓷作为散热器,把热量转化成振动方式直接消耗热能将成为未来研究的重点之一。

      4、对于大功率LED器件而言,其总热阻是PN结到外部环境热路上几个热沉的热阻之和,包括LED本身的内部热沉热阻、内部热沉到PCB之间的导热胶的热阻、PCB与外部热沉之间的导热胶的热阻、外部热沉的热阻等。传热回路中的每一个热沉都会对传热造成一定的阻碍,因此减少内部热沉数量,并采用薄膜工艺将必不可少的接口电极热沉、绝缘层直接制作在金属散热器上,能够大幅度降低总热阻。

      目前主要用到的散热方法有以下三种:

      1、简式鳍片法。简式鳍片法是目前经常使用的方式,其缺点是效率低,散热能量有限。

      2、传统的主动式散热法。传统的主动式散热法主要使用风扇进行强制的对流,其散热效果比较好,但是需要额外功耗,因此系统的可靠性、稳定性下降,而且受恶劣环境的影响,它的性能也会发生变异。这种方案被采用得比较少。

      3、传统的热管技术。传统的热管技术主要使用热管,其散热比较好,但是会导致成本增加,所以,目前使用得也不多。

      通过改进LED的结构材料可以较好地解决LED的散热问题。首先根据散热的要求计算出灯具不同的功率所需要灯具散热的表面,然后进行灯具在结构方面的设计,包括鳍片的高度、宽度等,灯具的尺寸等也要进行特殊的设计。

      随着功率的不断加大,灯具散热的需求也会不断增加。新型热管技术是未来的一个发展趋势。作为传统热管技术的延伸,新型热管技术也是依靠液体相变实现换热的,其传热能力较烧结热管提高20%~30%,具有传热效率高、结构简单、成本低、适应性好、热运输距离远等特点,是解决大功率LED灯散热问题最为有效的解决方案。

LED光学透镜的选择

       LED透镜,即与LED紧密联系在一起的有助于提升LED的出光效率,改变LED的光场分布的光学系统。

       一、LED透镜按材料分类
       1、硅胶透镜

       ⑴ 硅胶耐温高(也可以过回流焊),因此常直接封装在LED芯片上。
       ⑵ 一般硅胶透镜体积较小,直径3-10mm。

       ⑶ 透光率94%%。

       2、PMMA透镜 
       ⑴ 光学级PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯,俗称亚克力)。
       ⑵ 塑胶类材料,优点是生产效率高(可以通过注塑、挤塑完成),透光率高(3mm厚度时穿透率93%左右);缺点是耐温不能超过摄氏80度(热变形温度为摄氏92度)。

       3、PC透镜 
       ⑴ 光学级材料(PC,聚碳酸酯 )。
       ⑵ 塑胶类材料,优点:生产效率高(可以通过注塑、挤塑完成),透光率稍底(3mm厚度时穿透率89%左右)。缺点:温度不能超过摄氏110度(热变形温度为摄氏135度)。

        4、玻璃透镜 

       ⑴ 光学玻璃材料。

       ⑵ 优点是透光率高(97%)、耐温高。缺点:体积大、质量大、形状单一、易碎、批量生产不易实现、生产效率低、成本高等。

       ⑶ 玻璃透镜的透光效果远远好于普通光学塑料透镜,玻璃透镜的前景将更为广阔。

       二、LED透镜按应用分类 
       1、一次透镜

       ⑴ 一次透镜是直接封装(或粘合)在 LED芯片支架上,与LED成为一个整体。
       ⑵ LED芯片之理论发光角度是360度,但实际上芯片在放置于LED支架上得以固定及封装,所以芯片最大发光角度是180度(大于180度范围内也有少量余光)。

       另外,芯片还会有一些杂散光线,通过一次透镜便可有效收集芯片的所有光线,并能得到如:180度、160度、140度、120度、90度、60度等不同的出光角度。但是,不同出光角度之LED的出光效率存在一定的差别。一般的规律是,角度越大出光效率越高。
       ⑶ 一次透镜一般用PMMA、PC、光学玻璃、硅胶等材料。 
       2、二次透镜 
       ⑴ 二次透镜与LED是两个独立的物体,但它们在应用时则密不可分。
       ⑵ 二次透镜的功能是将LED光源的发光角度再次会聚成5度~160度内的任意角度。光场的分布主要为圆形、椭圆形和矩形。
       ⑶ 二次透镜材料一般用光学级的PMMA或者PC,在特殊情况下也可选择玻璃。 

       三、LED透镜规格分类 
       1、穿透式(凸透镜) 

       ⑴ 当LED光线经过透镜的一个曲面(双凸的有两个曲面)时光线会反生折射而聚光,而且当调整透镜与LED之间的距离时,角度也会变化——角度与距离成反比关系。

       经过光学设计的透镜光斑会非常均匀。由于透镜直径和透镜模式的限制,LED的光利用率不高,光斑边缘有比较明显的黄斑。
       ⑵ 一般应用于大角度(50度以上)的聚光,如台灯、吧灯等室内照明灯具。


       2、折反射式(锥形或杯形) 
       ⑴ 在正前方用穿透式聚光,而锥形面又可以将侧光全部收集并反射出去,这两种光线重叠(角度相同)就可得到最完善的光线利用与漂亮的光斑效果。

       ⑵ 也可在锥形透镜表面做些改变,可设计成镜面、磨砂面、珠面、条纹面、螺纹面、凸面或凹面等而得到不同的光斑效果。 


3、LED透镜模组

⑴ 将多个单颗透镜通过注塑形成一个整体的多头透镜,按不同需求可以设计成三合一、五合一,甚至几十颗合一的透镜模组。也可以把两个单独的透镜通过支架组合在一起。
⑵ 有效节省生产成本,实现产品品质的一致性,节省灯具结构空间,更容易实现“大功率”等。

不要再曲解麦克亚当椭圆

麦克亚当过于高深,作为一个偏照明应用的工程师,课堂君也表示不是很懂。但相信在 LED 的时代,光色如何影响人的视觉感受的研究,可能会对色品坐标提出一些新的定义。比如说:不少最新的研究显示,人们对于白光的偏好并非对称于普朗克轨迹两侧而是更偏向于普朗克轨迹的下侧。

       如果你不是搞研发的,我觉得你直接看最后一句话然后转发朋友圈就行了:

       当一个供应商表示能够提供4-阶麦克亚当椭圆范围内的 LED 光源的时候,我们应该知道它确实比5-阶麦克亚当椭圆范围内的 LED 更好,但是我们也应当了解相同批次的 LED 光源内仍是能感受到色差的。

      “麦克亚当椭圆”在照明领域是一个非常重要的名词,但很多照明人对于它的理解存在偏差。不少介绍麦克亚当椭圆的文章中对于其定义与介绍也不是非常准确。

       例如有的科普所讲到的:“1942年科学家麦克亚当利用这个原理对25中颜色进行实验,在每个颜色点大约5到9个对侧方向上测量,记录它们刚好能够分辨出颜色差异时的两点距离,结果得到的是一些面积大小各异、长短轴不等的椭圆,称为麦克亚当椭圆”,其实这个是不正确的定义。

       根据 David L. MacAdam 于1942年发表的文章 Visual Sensitivities to Color Differences in Daylight,在颜色匹配实验中,是以每个方向上颜色匹配实验结果变动的标准差(color matching variation standard deviation)定出颜色的宽容量而并不是以恰可察觉差(Just Noticeable Difference,也可译作刚辨差)确定出椭圆的边界。这么做的原因是为了避免观察波动带来的不合理的影响。

       麦克亚当椭圆表示的是标准差并不是直接表示色差,它代表的是色品的分辨力。在文章中,麦克亚当通过实验证明了,恰可察觉色差与颜色匹配相对应的标准差之间成线性关系,标准差的3倍就是色差的恰可察觉差。

图1: 1阶麦克亚当椭圆

       麦克亚当椭圆通常用“阶”来描述,这里所说的“阶”其实就是指标准差。1阶麦克亚当椭圆指的是距离目标颜色1倍的颜色匹配结果变动的标准差(如图1示)。同理可知,3阶、4阶等的含义。

       如果两个色坐标落在1阶麦克亚当椭圆之内,则人眼几乎是看不出两者是有什么区别的。3阶麦克亚当椭圆边界对应的颜色与中心颜色的差别才是人眼恰可察觉的色差值。

图2:7阶麦克亚当椭圆

       1阶的麦克亚当椭圆非常小,在绝大多数情况下,我们看到的都是按比例放大了的麦克亚当椭圆,其尺寸一般是原始椭圆的7倍或者10倍。

       如图2为放大了7倍的麦克亚当椭圆,图中每一个椭圆都表示是相对其中心色点7倍的颜色匹配结果变动的标准差。这也意味着,在椭圆两端两个相对应的色点彼此间的标准差实际上是14倍。

       麦克亚当椭圆对于色品图的发展意义重大。通过麦克亚当椭圆在 CIE 1931xyz 色品图上的分布,我们可以看出,在色品图的不同位置上,颜色的宽容量并不相同,如蓝色部分宽容量最小,绿色部分最大。

       换句话说,在色品图蓝色部分的同样空间内,人眼能看出更多数量的各种蓝色;在绿色部分的同样空间内,人眼只能看出较少数量的各种绿色。

       由此可知,CIE 1931xyz 色品图是不均匀的。因为如果是均匀的话,那么在图上任何位置的麦克亚当椭圆应该都是半径相等的圆。

       找到一个理想的色品图是十分困难的,因为一个理想的均匀色品图不是一个平面而是一个曲面,并且无法用欧氏几何空间来描述,所以在平面上只能找到近似均匀的色品图。

       色品图的发展历程可以说是让色品图上的麦克亚当椭圆尽可能地变圆的一个过程。

图3:ANSI C78.377中对固体光源的色度规定

       麦克亚当椭圆在照明领域的应用广泛,对于工业界的意义重大。ANSI(American National Standards Institute ,即美国国家标准学会)C78.377 建议灯泡制造厂商生产的荧光灯管的色度坐标应落在以普朗克轨迹(即黑体轨迹)为中心的4-阶麦克亚当椭圆内,而紧凑型荧光灯和固体光源(SSL)的色度坐标应落在7-阶椭圆之内,其中 LED 的椭圆被定义成了四边形,见图3。

       然而不少最新的研究显示,人们对于白光的偏好并非对称于普朗克轨迹两侧而是更偏向于普朗克轨迹的下侧。因而 ANSI 正在与相关部门联合研究与修改 ANSI C78。

       所以,我们应该对麦克亚当椭圆这一概念有清晰的了解。一旦概念有误,不论是在学术上还是在工业界都会带来相当严重的后果。

       当一个供应商表示能够提供4-阶麦克亚当椭圆范围内的LED光源的时候,我们应该知道它确实比5-阶麦克亚当椭圆范围内的LED更好,但是我们也应当了解相同批次的LED光源内仍是能感受到色差的。