寒地LED照明应用分析

By | 2020年7月24日

  过10年阁下的疾速倒退,LED照明曾经进入疾速推行阶段,市场使用从最后的北方地域逐渐向中西部浸透扩大。但正在实际使用中咱们发现,正在北方用的很好的户外照明产物,到了南方地域,尤为是西南、新疆等地域,产物的使用遭到新的考验。本文经过剖析寒地环境下影响LED照明的一些要害要素,找出对应的处理战略,终极施展出LED光源的应有劣势。

  1、寒地环境下LED照明的劣势

  绝对原本的白炽灯、荧光灯以及高强度气体放电灯而言,LED器件正在高温下的工作功能要好的多,乃至能够说,光学功能比常温下愈加杰出。这是以及LED器件的温度特点亲密相干的,图1是某品牌年夜功率LED器件温度以及绝对光输入曲线图。能够看出,跟着结温的升高,灯具的光通量会绝对增年夜。依据灯具的散热法则,结平和环境温度亲密相干,环境温度越低,结温必定越低。另外,依据图2咱们能够看出,结温的升高,还能够升高LED光源的光衰进程,提早灯具的应用寿命,这也是年夜局部电子元器件的特点。

  

  图1 LED的结温-绝对光输入曲线

  

  图2 LED的结温-寿命曲线

  2、寒地环境下LED照明面对的艰难以及对策

  尽管LED自身正在寒地前提下有更多的劣势,但不成疏忽的是,LED灯具除了了光源,毫不相关的另有驱动电源、灯体资料和正在寒地环境下的雾天、强紫外等综合天色要素,都给这类新型光源使用带来新的应战以及费事。只有弄清这些制约要素,找到对应的处理计划,就能充沛施展LED光源的劣势,正在寒地环境中年夜放异彩。

  1.驱动电源的高温启动成绩

  做电源开发的人都晓得,电源的高温启动是个难题。次要的缘由是现有的年夜局部成熟电源计划,都离没有开电解电容的宽泛使用(如图3)。然而正在-25℃如下高温环境中,电解电容的电解质活性显著降落,电容容量衰减很年夜〔1〕(如图4),招致电路不克不及失常工作。要处理这个成绩,今朝有两种计划:一是采纳工作温度范畴更宽的优质电容,当然这会带来老本的添加。二是采纳无电解电容的电路设计,包罗采纳陶瓷叠层电容,乃至采纳线性驱动等其余驱动计划。

  

  图3 LED的驱动电源

  (a)钽电解电容 (b)铝电解电容

  

  图4 电解电容的温度容质变化曲线

  别的,正在高温环境下,像MOS管等一般电子器件的耐压功能也会升高,给电路的全体牢靠性造成没有利影响,需求特地留意。

  2.塑胶资料正在高下温打击下的牢靠性成绩

  依据国际外一些钻研机构的钻研职员试验证明:不少一般塑料以及橡胶资料正在-15℃如下的高温下韧性变差,脆性增年夜〔2,3〕(以下图5所示)。对LED户外产物而言,透光罩、光学透镜、密封件和局部构造件都有可能采纳塑胶资料,那末就需求对这些资料的高温机器功能进行细心思考,尤为是承力部件,防止灯具正在高温环境下遭到年夜风、不测碰撞后决裂而招致不测事变的发作。

  

  

  图5 塑料资料正在高温下强度变差

  另外,LED灯具常采纳塑胶件以及金属的合营构造(如图6)。因为塑料材质以及金属资料正在年夜温差环境下的收缩系数差别较年夜(如表1所示),例如灯具罕用的金属铝以及罕用塑料资料的收缩系数大略相差5倍以上,这可能会招致塑料资料决裂,或许二者的间隙增年夜,终极以致防水密封构造生效,进而产物呈现成绩。

  

  图6 LED灯具中金属以及塑胶资料组合

  表1 没有同资料的线收缩系数(1/℃)

  

  资料温度范畴

  20~100(℃)

  20~200(℃)

  20~300(℃)

  黄铜 17.8×10-6 18.8×10-6 20.9×10-6

  碳钢 (10.6~12.2)×10-6 (11.3~13)×10-6 (12.1~13.5)×10-6

  铸铁 (8.7~11.1)×10-6 (8.5~11.6)×10-6 (10.1~12.2)×10-6

  铝 23.03×10-6

  无机玻璃 130×10-6

  尼龙1010 105×10-6

  正在诸如西南这些高寒地域,从每一年的10月份到次年的4月份,均可能处于冰雪节令。LED灯具正在下战书邻近黄昏开灯前,温度可能低于-20℃如下,而后早晨通电工作后,因为灯具发烧,又可能使患上灯体温度回升到30℃~40℃以上,根本上天天灯具都要经验一次高下温的轮回打击。正在这类环境下,假如解决欠好灯具的构造设计和没有同资料的婚配成绩,很容易招致咱们上述所说的资料开裂以及防水生效成绩。

  针对这类状况,国度半导体照明工程研发及工业同盟从2010年开端,延续推出两版的《寒地LED路线照明产物技巧标准》LB/T005,此中的对于高下温打击的试验办法,思考了这类非凡环境下的工作形式,笔者以为十分值患上自创以及采用。实验样品应经验图7所示的2个温度变动轮回实验,每一个轮回用时5h。即:

  实验轮回:5次;

  每一个轮回工夫:5h;

  温度曲线:按图1规则;

  温度起落变动速度:0.5℃∕min~4.0℃∕min;

  轮回开端温度:20℃;

  高温:-40℃,放弃工夫1h;

  低温: 40℃,放弃工夫1h;

  通电形式:正在图1“A”点处开端通电至“B”点处。

  

  图7 寒地照明LED产物的高下温打击试验曲线

  3.LED的光色成绩

  进入秋夏季节后,南方的年夜雾天色也会逐渐多起来。当然,年夜雾没有是高寒地域的特产,全世界四处都有,然而正在这些高寒地域,光的颜色除了了会触及雾的穿透成绩以外,另有觉得温馨性以及环境谐和的成绩。

  对于LED灯的雾穿透力的成绩,业界不断探讨比拟多,那末没有同波长的光对雾的穿透力能否有差别,钠灯的黄光以及LED的白光对雾的穿透性终究有几何没有同呢?

  观念一:正在肯定雾浓度下,没有同波长的光,因为衍射才能没有同,具备没有同的雾穿透才能。这个观念也被国际外一些钻研构造的相干试验证明:单色光中,黄光的雾穿透才能最强,其次是红光、绿光以及蓝光〔4〕。

  表2以及图8辨别是没有同颜色的单色光的绝对穿透才能的比对,此中横坐标示意是雾的浓度。咱们能够看出:同一种单色光状况下,跟着雾的浓度增年夜,透过性愈来愈差。正在同一种雾的浓度下,黄光的透光性最强,其次是红光、绿光以及蓝光,然而数目级都是同样的,相差没有多。

  表2 没有同LED单色光的绝对雾穿透才能

  

  

  图8 没有同颜色的LED光透过率曲线

  同时,另有一种观念以为:没有同可见光透雾才能是差没有多的,理由是:没有同光子的尺寸巨细相比而言是绿豆以及黄豆的关系,而相比雾粒子的尺寸,则相称于是个足球(如图9所示)。当雾的浓度很年夜的时分,任何的光都很难穿过来。这个时分体现进去钠灯的黄光比LED的白光雾穿透才能更强,其次要缘由是正在LED白光照耀下,雾出现白茫茫一片,而黄光则体现出很好的诱导性〔5〕。笔者以为这个观念仍是有肯定情理的,咱们能够经过图10的两张照片看出这类差别,右边是LED的冷白光,左边是钠灯的黄光。

  

  图9 光子以及雾粒子的尺寸比照表示图

  

  图10 冷白光以及黄光的诱导性比照照片

  综合上述两种观念,咱们再来比照一下钠灯、高色温LED以及低色温LED的光谱散布曲线,图十一、图12以及图13是自己经过远方的PM-80光谱剖析零碎实际丈量失去的上述灯具的光谱图。此中图11是6500K高色温LED光谱,图12是2700K低色温LED光谱,图13则是低压钠灯的光谱。

  很显著,绝对而言,高色温LED的蓝色成份比例较年夜,黄光以及红光的比例比例绝对较少。低压钠灯以及2700K的低色温的LED中,蓝光成份绝对较少,黄光以及红光的成份则绝对较年夜。并且钠灯以及2700K的LED相比,并无几何劣势,假如思考到LED显色指数的影响,则低色温的LED有更多的劣势。因而,寒地照明中,应该更多的思考采纳3000K如下的低色温LED,具备更好的透雾才能以及诱导性。

  

  图11 6500K高色温LED的光谱图

  

  图12 2700K高色温LED的光谱图

  

  图13 低压钠灯的光谱图

  当然,正在南方,除了了雾的缘由以外,年夜多节令的早晨都比拟冷。冷红色患上光愈加会让都会显患上冷落以及苍凉,而寒色光会给人一种暖和、愉悦的感触,从这个角度,也应该采纳愈加寒色调的灯光,让都会夜色显患上愈加的谐和漂亮。

  4.紫外老化成绩

  记患上正在前两年上海的一次行业论坛上,有业内专家提到了一个景象。过后他们展开了一次批量的户外LED灯具实地功能测试,半年后正在评价光衰目标时发现一个希奇的景象:正在同时段户外老化试验的LED灯具,光源电源的设置装备摆设也是差没有多的,然而24小时工作的LED地道灯的光衰却比10个多小时工作的路灯还要小的多,他们感觉十分希奇,通过屡次剖析钻研,最初以为次要仍是白昼的紫内线对灯具相干部件的老化酿成的。这个论断过后也失去了台湾一个专家的现场支持,他说他们也钻研过,白昼户外的紫内线对荧光粉、透镜等部件的减速老化是不成小看的。需求正在透镜、灯罩等局部做抗紫内线的解决,比方镀抗紫外膜,或许正在这些部件成型时退出抗紫外的组分。

  3、结语

  咱们经过对寒地环境下多个要素的剖析能够看出,LED作为一种半导体照冥具件,有它本身的不少劣势,但也存正在有别于传统照明光源的一些成绩,只有细心的钻研这些差别性,一一当真剖析处理,能力真正施展出LED照明正在寒地前提下的劣势。——本文选自第2期《半导体照明》杂志)

  参考文献

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  阮裕尧•高温对工程塑料橡胶及典型构造件的影响钻研[J]•环境技巧,2009(03)

  张倩,王兆均,姚其,林燕丹•可见光光谱透雾性钻研[C]•中国照明论坛-绿色照明与照明节能科技研讨会专题陈诉文集,2008

  乔乾, 许敏•LED正在路线照明中穿透性及光色剖析钻研[J]•照明工程学报2009(8)