LED吸顶灯专项方案详细介绍.doc

LED吸顶灯方案具体介绍吸顶灯，顾名思义因为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。其光源有一般白灯泡、荧光灯、高强度气体放电灯、卤钨灯等。现在市场上最流行就是LED吸顶灯，外观华丽LED吸顶灯吸附或嵌入屋顶天花板上做灯饰，也是室内主体照明设备。伴随家庭装修热不停升温，吸顶灯改变也日新月异，不再局限于以前单灯，而是向多样化发展，既吸收了吊灯豪华和气派，又采取了吸顶式安装方法，避免了较矮房间不能装大型豪华灯饰缺点。为了让大家愈加全方面了解吸顶灯，今天笔者就给大家具体介绍一下吸顶灯相关知识，方便在设计和选购吸顶灯时参考。（一）一般吸顶灯1.吸顶灯外形图1：不一样形状吸顶灯一般吸顶灯外形即使有很多个（图1），但最一般就是圆形或方形，复杂则更有多种奇形怪状水晶吸顶灯。2.吸顶灯灯管图2：用于吸顶灯荧光灯其灯管大多是弯折后T5荧光灯（图2），品种规格繁多，关键有以下多个。3.吸顶灯功率吸顶灯功率并没有明确要求，其功率最常见为10W、16W、21W、28W、32W、38W、40W等。（二）一般吸顶灯问题和缺点1.发光效率低带镇流器节能灯整灯光效只有55lm/W，最高大功率U型也只有80lm/W。而且因为全部这些吸顶灯大多采取T5型灯管，折弯成多种形状。但不管最终折弯成什么形状，它全部是360度发光，其中向上180度光线必需反射回来才会变成有用光线，这个反射过程就会损失很多光。所以做成灯具以后光效最少要打70%折扣。也就是上述光效还要再乘以0.7。而且在实际使用时，它亮度随时间衰减得很快。比如一根飞利浦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%光线能够利用。也就是只有1500lm。2.含汞而汞沸点很低，在常温下可蒸发。一支废旧丢弃荧光灯破碎后，立即向周围散发汞蒸气，瞬间可使周围空气中汞浓度达成10-20毫克/立方米，超出国家要求汞在空气中最高许可浓度（为0.01毫克/立方米）1000至倍，人体一次吸入2.5克汞蒸气即有生命危险。而且液态汞渗透率极高，掉到地下以后就会立即渗透地下污染地下水。1毫克汞足以污染5454.5千克饮用水，使之达不到安全饮用标准。现在拼命推广节能灯，实际上也是对我们子孙不负责任做法。3.寿命低节能灯管根据荧光粉划分有：混合粉、卤粉、三基色。卤粉寿命在30004000小时；混合粉寿命在40006000小时；三基色号称在8000小时以上。4.镇流器质量低荧光灯所用镇流器大多数无法给出足够功率，比如作者实测一个32W荧光灯所用镇流器其输出功率只有16W，也就是只有50%额定功率。而且全部荧光灯寿命之所以短，关键是镇流器寿命很短，而且一旦荧光灯损坏，镇流器通常也跟着损坏。几乎全部些人经验全部是通常十二个月就要换一次镇流器或灯管，大多数时候是十二个月不到，两个全部要换。5.价钱高通常吸顶灯价钱在几十到几百元全部有，国外品牌吸顶灯要600元以上，至于部分带有水晶饰物吸顶灯，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异形荧光灯而已。所以吸顶灯不像一般节能灯那么廉价。（三）LED吸顶灯优点1.发光效率高LED本身发光效率已经抵达130lm/W以上，所以LED吸顶灯整体光效已经能够达成100lm/W。而且这个效率还在每十二个月增加，据估量，到，LED本身发光效率将会达成240lm/W。光效高就意味着节能。依据实测结果，一盏8WLED就能够替换一盏32W吸顶灯。电功率能够节省4倍以上。2.寿命长LED寿命为10万小时，做成灯具以后，现在实际上公认寿命为最少3万小时，高质量能够做到5万小时，要比荧光灯长10倍以上，即使最高寿命三基色荧光灯寿命为1万小时，也还高出5倍以上。3.不含汞4.无紫外线辐射，无光线污染5.能够依据需要提供多种色温光线，通常有2550-3700oK，和4700-7000oK6.无玻璃零部件，耐冲击、振动，便于运输7.不需要铝制散热器，成本低，重量轻（四）LED吸顶灯组成和散热不考虑华丽水晶吸顶灯，一般LED吸顶灯结构和一般吸顶灯没有什么区分。全部是由底壳，外罩，电源，灯等4个部分组成。1.LED吸顶灯灯珠通常对于功率大于30W以上大多采取1WLED灯珠，低于30W大多采取小功率LED灯珠（比如3020,3014,3528等）。提议采取贴片式小功率LED，方便于散热，也能够提升发光均匀度。灯珠能够根据其外形来排列，比如假定外形为圆形，那么灯珠就排成圆形，反之，假如外形是方形，那么就排成方形。即便如此，灯珠排列也还是有很多个方法，一个经典LED吸顶灯内部结构图3所表示。图3：LED内部结构图3中圆环形印制板上有两圈LED灯珠，它是采取23颗0.4W5730型LED灯珠，总共功率为18W。中间长方形为其恒流电源，方盒右下角则为遥控接收器光敏二极管，以接收遥控亮度红外控制信号。需要提出是仍然有大量低价LED吸顶灯采取了小功率草帽灯，然而因为草帽灯热阻很大（450/W），极难把热导出，所以光衰严重，寿命很短。2.LED吸顶灯灯罩灯罩通常采取PC板，其性能以下：（1）透光性：P C板透光率最高可达89%，可和玻璃相妣美。UV涂层板在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流失率则高达15%20%，玻璃纤维为12%-20%。（2）抗撞击：PC板撞击强度是一般玻璃250-300倍，相同厚度亚克力板30倍，是钢化玻璃2-20倍，用3kg锤以下两米坠下也无裂痕，有“不碎玻璃”和“响钢”美称。（3）防紫外线：PC板一面镀有抗紫外线（UV）涂层，另一面含有抗冷凝处理，集抗紫外线、隔热防滴露功效于一身。可阻挡紫外线穿过，及适合保护珍贵艺术品及展品，使其不受紫外线破坏。（4）重量轻：比重仅为玻璃二分之一，节省运输、搬卸、安装和支撑框架成本。（5）阻燃：国家标准GB5022295确定，PC板为难燃一级，即B1级。PC板本身燃点是580摄氏度，离火后自熄，燃烧时不会产生有毒气体，不会助长火势蔓延。（6）可弯曲性：可依设计图在工地现场采取冷弯方法，安装成拱形，半圆形顶和窗形。最小弯曲半径为采取板厚度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，在恶劣环境中其力学，机械性能等均无显著改变。（8）耐候性： PC板能够在40至120范围保持各项物理指标稳定性。人工气候老化试验4000小时，黄变度为2，透光率降低值仅0.6。3.LED吸顶灯散热采取小功率LED灯珠，排列分散部分，能够有利于散热。吸顶灯在结构上特点也是有利于散热。a）内部空气无阻挡自由流通。这是吸顶灯相比于其它灯具最大优点。密闭而不流通空气是一个绝热性能很好绝热体，反过来，能够自由流通空气却是最好散热体。世界上全部发烧物体最终全部是把热量散发到空气中去。因为吸顶灯底板有很多小孔，所以在吸顶灯灯罩里，LED灯珠所产生热量能够经过空气立即传输到外边去。b）灯罩能够很好散热。我们知道对流和辐射散热关键和面积及材料相关，而塑料辐射散热效果是很好，而且灯罩厚度很薄，所以塑料导热不好影响能够忽略。这能够从图4中加以说明。图4：较薄厚度减小了导热系数作用吸顶灯泡壳厚度只有1-2mm。所以即使它导热系数只在0.1-1W/mk，但还是能够很快地把热量从一边传到另一边。而且塑料辐射能力是很强，见下表：所以泡壳能够很好地辐射散热。因为在吸顶灯内部空气流通很好，很轻易把热量带到泡壳上。所以灯罩起了关键散热作用。c）面积大：依据圆形面积计算公式：S=r2，或S=(d/2) 2，对于一个直径为45cm圆形吸顶灯，它底板面积就是1590cm2。因为吸顶灯通常安装在室内，没有过高室温，所以能够采取40cm2/W经验数据，那样也能够散去40W功率。不过因为底板靠近天花板，不易散热，所以底板实际散热效果会差很多。而灯罩因为是曲面形，其面积要比圆形更大，而且它安装朝下，没有任何阻挡，所以散热效果要比底板愈加好。d）关键问题是要把安装LED灯珠铝基板或印制板铜箔面积做得足够大。试验证实，对于小于30W吸顶灯采取一般印制板就能够很好地散热，而且为了利用自由流通空气。在印制板两面把热量带走，所以也不需要把铝基板或印制板经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，方便空气流通。e）底板上多打部分通风孔会对散热有很大好处。这些通风孔应该打在外圈，以免被阻挡。但也可能带来小虫钻入可能性。采取以上方法以后，LED吸顶灯并不需要很重鳍片式散热器也能够满足散热要求。能够说LED吸顶灯是唯一不需要特制铝散热器LED灯具。（五）LED吸顶灯电源首先让我们看一下一般吸顶灯电源。一般吸顶灯通常采取电子镇流器，或称为高频变压器。不过市面上电子镇流器质量全部比较差。比如，笔者就测试了一款一般吸顶灯安装了飞利浦32W环形灯管。实测结果以下：Pin=16W，PF=0.62。所以它只用到环形灯管50%功率，而且功率因数也很差。笔者也测试了一个9W节能灯参数，测得Pin=8.4W，PF=0.563。PS：二者功率因数全部不能满足0.7要求，但仍然在市面上大量流通。对于LED吸顶灯电源能够分为非隔离式和隔离式两大类： 非隔离式电源1. 采取恒流二极管非隔离恒流源恒流二极管是一个线性恒流源，它恒流作用能够用来驱动LED。最简单方法就是把恒流二极管直接和LED串联。不过我们在用于LED驱动时必需注意选择合适电流和耐压。最低电压：因为恒流二极管需要一定电压Vk才能够进入恒流，所以太低电源电压是无法工作。通常这个Vk大约在5-10V左右。最高电压：因为恒流二极管必需能吸收掉电源电压改变，对于一样百分比，220V就要比110V改变范围大一倍。比如对于+10%-20%改变范围，对于220V就意味着22+44=66V改变范围，经过桥式整流以后这个改变还会加大1.2倍，变成79.2V。而对于110V电源，一样改变范围只相当于39.6V改变范围。电压越低，就意味着功耗越小，效率越高。所以能够说恒流二极管更适适用于110V市电国家。最大电流：因为恒流二极管功耗受到限制，所以过大电流也是不适宜。比如1WLED通常需要350mA，恒流二极管就极难提供。即使能够提供，它功耗也过大而使整体效率大为降低。 恒流二极管最适用使用场所就是交流市电供电LED灯具，采取很多小功率LED串联，也就是高压小电流情况是最为适宜。图5就是一个用于吸顶灯恒流二极管驱动源。其负载是80颗3022串联，总功率为16W。所用恒流二极管也是恒流在60mA。假如手头恒流二极管只有30mA，就需要2串并联。图5：采取恒流二极管作为LED驱动电源在这里，恒流二极管作用就是要在输入市电电压改变时，保持输出电流不变，当然也能够消除因为LED负温度系数所引发电流增大。不过因为恒流二极管耐压有一定限制，所以它所能吸收电源电压改变也是有限。就拿100V耐压CRD来说，它工作电压范围还要减去它最小工作电压10V，可用电压范围也就只有90V。用在220V市电电源里， 假如市电改变+10%，-20%，就相当于整流后为290211V，电压改变79V，在其耐压范围内。假如所用LED为80颗，假如正向电压为3.3V，那么总电压为264V，恰好相当于220V经过桥式整流以后值。这时候恒流二极管上没有压降，不过这时候它是不能工作而最少需要10V压降，也就是要求整流后电压为274V，市电电压为228VAC。那时候恒流二极管压降为最小，功耗也最小，只有0.03Ax10V=0.3W，整体效率为最高可达96%（当然还要考虑整流器效率，实际上还会低部分）。假如市电增高至242VAC，那么恒流二极管电压就增高为26.4V，其功耗也增加到0.79W，这时候效率就等于91%。假如市电电压低于228V，是不是恒流二极管就不工作呢？并不是，但确实是不恒流了，这时候它和LED就会达成一个新平衡点，那就是二者电压和等于市电电压经过整流后电压。因为LED伏安特征非线性，所以极难用公式来表示。总而言之，当市电电压降低时，LED中电流就会随市电电压降低而降低。其亮度也会跟着变暗。不过这时候恒流二极管压降不大所以并不消耗很多功率。所以效率还是很高。前面假定了LED正向压降为3.3V，实际上即使其额定为3.3V，在开机一段时间以后，因为结温升高，正向压降就会降低至3.1V甚至3.0V。 一个采取恒流二极管8W电源实测结果以下表所表示：由表中可见，采取恒流二极管以后其最高效率确实能够做到很高。是一个值得选择电源。为了在220V得到最高效率，看来应该串联90个以上LED。多种恒流二极管参数以下表所表示：2.采取高压直接降压开关式恒流源由交流直接整流得到电压是264V，这时候能够采取直接降压高压Buck电路来恒流。a）PAM99700图6：采取美国PAM企业PAM99700高压Buck电路图这个电路特点是效率高达90%，功率因数也大于0.9以上。外部电路也很简单。能够驱动多达40个1WLED。一个采取PAM99700LED吸顶灯照片图7所表示。图7：采取PAM99700作为恒流驱动源LED吸顶灯它是采取24串7并3014型LED，总功率16.8W。右下角蓝色印制板是红外遥控接收器。它实测结果以下（图8）：图8：效率、功率原因、LED电流和输入电压关系b）HV9861A最近美国Supertex企业推出了新款高压降压芯片HV9861A以替换HV9910B.它采取了均值取样从而提升了恒流精度至+/-3%。它电路图图9所表示。图9：HV9861A直接降压式电路图这个电路能够驱动21个1WLED。其关键指标以下：其输出LED电流和效率随输入电压改变图10所表示。图10：输出电流和效率随输入电压而改变因为电路中没有采取无源功率因数校正，所以功率因数比较低。这个电路也没有采取为减小EMI所需滤波器，假如加上这两项以后全部会降低其效率。全部这些非隔离式电源因为在LED负载上会触摸到市电，所以有严格安规检验，尽管采取良好绝缘能够满足安规要求，不过欧盟IEC 61347-2-13 (5/)标准要求在LED负载端电压不可超出25VAC或35VDC。所以采取非隔离电源是无法出口欧盟。 隔离式电源美国TI企业推出了一个隔离式恒流源芯片TPS92070，它电路图图11所表示。图11：TPS92070实际应用电路图输入：90-264VAC输出：25V，350mA效率：85%a）iW3614其电路图图12所表示。图12：iW3614应用电路图输入：100-120VAC或220-240VAC输出：25V,400mA效率：82%PF：0.9 非调光模式，调光模式时取决于可控硅THD：满足 IEC61000-3-2调光兼容RC、R、RLb）LT3799今年2月美国凌特企业宣告了一个用于LED恒流驱动IC（LT3799），它能够驱动4-100WLED，而且本身带PFC，外置功率MOSFET开关管，反激隔离式而不需要光耦合器，外置元件减到最少，而且还能够用于可控硅调光。图13：可用于高功率LED吸顶灯反激式隔离型恒流电源这个电路图是一个给24瓦吸顶灯用演示板电路图。其关键技术指标以下：它演示版部署图图14所表示。具体应用时当然也能够设计成圆形。图14：LT3799演示版这个市电恒流源因为功率大，而且能够适应4-100W宽功率范围（这是吸顶灯功率范围），所以一定是采取外置MOS开关管，而且也因为功率大，所以要求采取功率因数校正（PFC）。对于不一样功率，除了要选择不一样MOS管外，还要求选择不一样大小变压器。变压器加大了整个恒流源体积和重量，降低了效率。不过这是为隔离市电所必需。（六）LED吸顶灯调光现在全世界很多著名LED恒流驱动芯片企业全部花了很大力气开发出了很多能够和多种可控硅调光所谓Triac配合以进行调光芯片。然而这也是一个相当可悲而又可笑事。因为可控硅是上世纪六十年代产品，本身是一个相当古老而落后器件。它确实能够用来和白炽灯配合进行调光，可是它在调光过程中会破坏正弦波波形所以引发系统功率因数降低，而且还会在线路上产生很大干扰信号。在白炽灯调光时因为白炽灯亮度只是由电源电压有效值决定，所以能够跟着可控硅导通角调光，而且对于可控硅来说，白炽灯是一个理想纯阻负载，也不会对它工作有什么影响。可是换成LED以后就产生了一系列问题，首先带整流器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。但会深入降低系统效率(增加1-2W功耗)。为了使得LED也能配合可控硅调光就必需把带整流器整套恒流电源系统功率因数提升到看上去靠近纯阻负载。所以很多企业开发出有源功率因数校正芯片。使得LED整个系统功率因数达成0.9以上。不少人误认为采取功率因数校正以后，连同可控硅在内整个系统功率因数全部能够达成0.9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原因也会随调光而降低。下面是可控硅调光过程中，带功率因数校正(达0.96)LED球泡灯整套系统（包含可控硅在内）功率因数改变（附带也有白炽灯数据以供比较）。由表中可知，不管是经过功率因数校正LED灯，还是白炽灯，在一开始时功率因数全部能够达成0.96以上。但伴随可控硅调光，其功率因数逐步降低，到无法再调光时，功率因数低至0.48和0.566。所以作为整个系统来说，其功率原因指标是不符合美国能源之星要求。全世界多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善，但最终还是吃力不讨好。因为国外人工很贵，所以也能够认为这是不得已做法，不过在中国完全能够采取另部分更优异做法。为了要对LED调光，能够有很多措施，这些方法全部没有可控硅缺点。下面介绍多个最常见方法：1.采取脉宽调制PWM调光LED是一个二极管，它能够实现快速开关。它开关速度能够高达微秒以上。是任何发光器件所无法比拟。所以，只要把电源改成开关恒流源，用改变脉冲宽度方法，就能够改变其亮度。这种方法称为脉宽调制（PWM）调光法。图15表示这种脉宽调制波形。假如脉冲周期为tpwm，脉冲宽度为ton，那么其工作比D（或称为孔度比）就是ton/tpwm。改变恒流源脉冲工作比就能够改变LED亮度。图15：用改变脉冲宽度方法来改变LED亮度具体实现PWM调光方法就是在LED负载中串入一个MOS开关管（图16），这串LED阳极用一个恒流源供电。图16：用PWM信号快速通断LED串然后用一个PWM信号加到MOS管栅极，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接口，能够直接接收PWM信号，再输出控制MOS开关管。那么这种PWM调光方法有那些优缺点呢？（1）不会产生任何色谱偏移。因为LED一直工作在满幅度电流和0之间。（2）能够有极高调光正确度。因为脉冲波形完全能够控制到很高精度，所以很轻易实现万分之一精度。（3）能够和数字控制技术相结合来进行控制。因为任何数字信号全部能够很轻易变换成为一个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工作条件（升压比或降压比），更不可能发生过热等问题。具体取得PWM信号方法为在墙上PWM开关和电位器里安装一个PWM发生器。这个PWM发生器能够很轻易地用一个555芯片形成（图17）。图17：用555组成一个PWM发生器这个发生器指标以下：a）输入电源：10-36V ，20mAb）输出信号：200HzPWM信号，0-100%，5V （也可为10V）c）控制路数：可控制5-10个可调光恒流源d）线路长度：10-20me）开关：可直接控制220V电源开或关所以，它需要三根线和灯具连接。假如还要开关灯具，就能够采取带开关电位器，不过这么一来总共需要有5根线连接到灯具。假如要利用原来墙上开关，就要再增加三根线，这是它关键缺点。它优点是能够用一个控制器来控制5-10个灯具。2.分段式开关调光为了利用现有墙上开关和墙内两根线，台湾有一家企业推出了一个称之为EZ-DimmingGM6182四段开关调光不失为一个好方案。它只利用墙上一般电灯开关就能实现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。这种系统优点是能够利用一般墙上开关实现调光。而且其功率原因高达0.92以上。没有产生干扰信号之虑。缺点是无法连续调光。还有操作麻烦部分。它实际上能够和恒流源设计在一起（图18）。图18：分段调光恒流源GM6182其指标以下：3.红外遥控调光LED吸顶灯作为一个高级商品，采取红外遥控调光更能凸显其高级性。不愧为一个理想选择。一个红外遥控发射机电路图19所表示。图19：一个红外遥控发射机电路图红外遥控接收电路图20所表示。图20：红外遥控接收电路图即使红外遥控能够实现采取PWM连续调光，但在实际使用时，也能够用作分段调光。（七）LED吸顶灯指标和性能一个LED灯具最关键性能指标就是它整体光效。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。它不仅包含了LED本身发光效率，也包含了恒流电源效率和泡壳透光率。 除此以外，还有它色温、显色指数等。为了测试LED吸顶灯指标，我们通常把它放进大型积分球中，方便测量它所发出全部光通量。并对它所发出光谱进行分析。现在就拿图7所表示红外遥控LED吸顶灯为例，测试它性能指标。这是一个采取168颗3014LED红外遥控吸顶灯。在不加光罩时实测结果以下。1.整体光效总流明数1383lm，输入交流功率=16.57W，所以整体光效=83.46 lm/W需要说明是其中包含了两项效率，一个红外接收器效率，另一个是恒流电源效率。而恒流电源效率，单独测试结果是89.5%（图8）。红外接收器功耗为0.5W左右，所以实际输入功率应该是16W。假如不用红外遥控器时，它整体光效应该是86.43lm/W。假如再考虑电源效率，用在LED上电功率只有14.32W。这么算下来能够得到96.5lm/W。这应该是LED本身发光效率。假如改用发光效率为120lm/WLED，那么它整体光效就能够达成107lm/W，即使加上红外接收器功耗，整体光效也能够超出100lm/W。2. 色温色温：6171K，这完全是由所用LED决定，假如用户要求低色温，就能够改用低色温LED。3. 显色指数显示指数：Ra=76.2，这个指数相对较低。不过实际上现在所用显色指数是在15种单色光上显色指数加以平均结果，它并不能完全代表它显色能力。所以照明信息委员会（CIE）不推荐用CRI来测定白光LED显色能力。4. 假如加上光罩以后，它整体光效当然会随之降低。而且会降低相当多。所以选择高透光率光罩是很关键事。不过透光率过高，也会使用户能够看到其中光珠，这也是不期望是。尤其是假如采取1W大功率LED，就愈加显著，所用采取小功率LED（比如3014），许可用透光率高光罩，这也是很关键。（八）吸顶灯成本和价格在推广LED灯具中碰到最大问题就是价格问题。最突出就是在采取LED球泡灯来替换白炽灯时，二者价格会相差20-50倍之多，一般白炽灯零售价大约在1-2元人民币，而且和瓦数基础无关，而一个相同流明数LED球泡灯价钱就大约要50元到100元。比如能够替换60瓦白炽灯LED球泡灯最少要10W以上，它价钱大约为100元以上。然而，在LED吸顶灯中，情况就完全不一样了。普及型LED吸顶灯价格能够做到和中等一般吸顶灯价格相当。所以说，能够估计，在中国家庭，最快能够普及LED灯具就是LED吸顶灯。这也说明了，LED吸顶灯市场商机是最大。