LED照明技術(shù)：全面剖析LED吸頂燈具
吸頂燈，顧名思義由于燈具上方較平安裝時(shí)底部完全貼在屋頂上所以稱之為吸頂燈。其光源有普通的白燈泡、熒光燈、高強(qiáng)度氣體放電燈、鹵鎢燈等。目前市場(chǎng)上最流行的就是LED吸頂燈，外觀華麗的LED吸頂燈吸附或嵌入屋頂天花板上做燈飾，也是室內(nèi)的主體照明設(shè)備。
隨著家庭裝修熱的不斷升溫，吸頂燈的變化也日新月異，不再局限于從前的單燈，而是向多樣化發(fā)展，既吸取了吊燈的豪華與氣派，又采用了吸頂式的安裝方式，避免了較矮的房間不能裝大型豪華燈飾的缺陷。為了讓大家更加全面的了解吸頂燈，今天筆者就給大家詳細(xì)介紹一下吸頂燈的相關(guān)知識(shí)，以便在選購吸頂燈時(shí)參考。
(一)普通吸頂燈
1.吸頂燈的外形
圖1：不同形狀的吸頂燈
普通吸頂燈的外形雖然有很多種(圖1)，但最普通的就是圓形或方形，復(fù)雜的則更有各種奇形怪狀的水晶吸頂燈。
2.吸頂燈的燈管
(a)圓環(huán)形 (b)U形 (c)2D形
圖2：用于吸頂燈的熒光燈
其燈管大多是彎折后的T5熒光燈(圖2)，品種規(guī)格繁多，主要有以下幾種。
3.吸頂燈功率
吸頂燈的功率并沒有明確的規(guī)定，其功率最常用的為10W、16W、21W、28W、32W、38W、40W等。
普通吸頂燈與LED吸頂燈區(qū)別
(二)普通吸頂燈的問題和缺點(diǎn)
1.發(fā)光效率低
帶鎮(zhèn)流器節(jié)能燈的整燈光效只有55lm/W，最高的大功率U型也只有80lm/W。而且因?yàn)樗羞@些吸頂燈大多采用T5型燈管，折彎成各種形狀。但不管最后折彎成什么形狀，它都是360度發(fā)光的，其中向上的180度的光線必須反射回來才會(huì)變成有用的光線，這個(gè)反射過程就會(huì)損失很多光。所以做成燈具以后的光效至少要打70%的折扣。也就是上述光效還要再乘以0.7。而且在實(shí)際使用時(shí)，它的亮度隨時(shí)間衰減得很快。例如一根飛利浦的32W環(huán)形T5三基色燈管YH32RR16，色溫為6500oK，其發(fā)光效率為67lm/W，總流明數(shù)為2150lm，實(shí)際上只有70%的光線可以利用。也就是只有1500lm。
2.含汞
| 節(jié)能燈（10mm） |
直管型鹵粉 |
長(zhǎng)壽命 |
一般 三基色 熒光燈 |
緊湊型 熒光燈 |
各種LED |
| 10-15mg | ＜10mg | ＜8mg | ＜5mg | ＜5mg | 0 |
3.壽命低
節(jié)能燈管按照熒光粉劃分有：混合粉、鹵粉、三基色。鹵粉壽命在3000～4000小時(shí);混合粉壽命在4000～6000小時(shí);三基色號(hào)稱在8000小時(shí)以上。
4.鎮(zhèn)流器質(zhì)量低
熒光燈所用的鎮(zhèn)流器大多數(shù)無法給出足夠的功率，例如作者實(shí)測(cè)一個(gè)32W熒光燈所用的鎮(zhèn)流器其輸出功率只有16W，也就是只有50%的額定功率。而且所有熒光燈的壽命之所以短，主要是鎮(zhèn)流器的壽命很短，而且一旦熒光燈損壞，鎮(zhèn)流器通常也跟著損壞。幾乎所有人的經(jīng)驗(yàn)都是一般一年就要換一次鎮(zhèn)流器或燈管，大多數(shù)時(shí)候是一年不到，兩個(gè)都要換。
5.價(jià)錢高
一般的吸頂燈價(jià)錢在幾十到幾百元的都有，國(guó)外品牌的吸頂燈要600元以上，至于一些帶有水晶飾物的吸頂燈，價(jià)錢高達(dá)幾千元以上比比皆是，而其光源只不過頂多是一個(gè)40W的異形熒光燈而已。所以吸頂燈不像普通節(jié)能燈那么便宜。
(三)LED吸頂燈的優(yōu)點(diǎn)
1.發(fā)光效率高
LED本身的發(fā)光效率已經(jīng)到達(dá)130lm/W以上，所以LED吸頂燈的整體光效已經(jīng)可以達(dá)到100lm/W。而且這個(gè)效率還在每年增長(zhǎng)，據(jù)估計(jì)，到2020年，LED本身的發(fā)光效率將會(huì)達(dá)到240lm/W。光效高就意味著節(jié)能。根據(jù)實(shí)測(cè)的結(jié)果，一盞8W的LED就可以取代一盞32W的吸頂燈。電功率可以節(jié)省4倍以上。
2.壽命長(zhǎng)
LED的壽命為10萬小時(shí)，做成燈具以后，現(xiàn)在實(shí)際上公認(rèn)的壽命為至少3萬小時(shí)，高質(zhì)量的可以做到5萬小時(shí)，要比熒光燈長(zhǎng)10倍以上，即使最高壽命的三基色熒光燈的壽命為1萬小時(shí)，也還高出5倍以上。
3.不含汞
4.無紫外線輻射，無光線污染
5.可以根據(jù)需要提供各種色溫的光線，通常有2550-3700oK，和4700-7000oK
6.無玻璃零部件，耐沖擊、振動(dòng)，便于運(yùn)輸
7.不需要鋁制散熱器，成本低，重量輕
LED吸頂燈的構(gòu)成和散熱
(四)LED吸頂燈的構(gòu)成和散熱
不考慮華麗的水晶吸頂燈，普通LED吸頂燈的構(gòu)造和普通吸頂燈沒有什么區(qū)別。都是由底殼，外罩，電源，燈等4個(gè)部分組成。
1.LED吸頂燈的燈珠
通常對(duì)于功率大于30W以上的大多采用1W的LED燈珠，低于30W的大多采用小功率LED燈珠(例如3020,3014,3528等)。建議采用貼片式小功率LED，以便于散熱，也可以提高發(fā)光的均勻度。
燈珠可以按照其外形來排列，例如假定外形為圓形，那么燈珠就排成圓形，反之，假如外形是方形，那么就排成方形。即便如此，燈珠的排列也還是有很多種方法，一個(gè)典型的LED吸頂燈的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示。
圖3：LED的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
圖3中圓環(huán)形的印制板上有兩圈LED燈珠，它是采用23顆0.4W的5730型LED燈珠，總共功率為18W。中間的長(zhǎng)方形為其恒流電源，方盒右下角則為遙控接收器的光敏二極管，以接收遙控亮度的紅外控制信號(hào)。
需要提出的是仍然有大量的低價(jià)LED吸頂燈采用了小功率草帽燈，然而由于草帽燈的熱阻很大(450℃/W)，很難把熱導(dǎo)出，因而光衰嚴(yán)重，壽命很短。
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2.LED吸頂燈的燈罩
燈罩通常采用PC板，其性能如下：
(1)透光性：P C板透光率最高可達(dá)89%，可與玻璃相妣美。UV涂層板在太陽光下爆曬不會(huì)產(chǎn)生黃變，霧化，透光不佳，十年后透光流失僅為6%，PVC流失率則高達(dá)15%—20%，玻璃纖維為12%-20%。
(2)抗撞擊：PC板撞擊強(qiáng)度是普通玻璃的250-300倍，同等厚度亞克力板的30倍，是鋼化玻璃的2-20倍，用3kg錘以下兩米墜下也無裂痕，有“不碎玻璃”和“響鋼”的美稱。
(3)防紫外線：PC板一面鍍有抗紫外線(UV)涂層，另一面具有抗冷凝處理，集抗紫外線、隔熱防滴露功能于一身。可阻擋紫外線穿過，及適合保護(hù)貴重藝術(shù)品及展品，使其不受紫外線破壞。
(4)重量輕：比重僅為玻璃的一半，節(jié)省運(yùn)輸、搬卸、安裝以及支撐框架的成本。
(5)阻燃：國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB50222—95確認(rèn)，PC板為難燃一級(jí)，即B1級(jí)。PC板自身燃點(diǎn)是580攝氏度，離火后自熄，燃燒時(shí)不會(huì)產(chǎn)生有毒氣體，不會(huì)助長(zhǎng)火勢(shì)的蔓延。
(6)可彎曲性：可依設(shè)計(jì)圖在工地現(xiàn)場(chǎng)采用冷彎方式，安裝成拱形，半圓形頂和窗形。最小彎曲半徑為采用板厚度的175倍，亦可熱彎。
(7)溫度適應(yīng)性：PC板在-100℃時(shí)不發(fā)生冷脆，在135℃時(shí)不軟化，在惡劣的環(huán)境中其力學(xué)，機(jī)械性能等均無明顯變化。
(8)耐候性： PC板可以在-40℃至120℃范圍保持各項(xiàng)物理指標(biāo)的穩(wěn)定性。人工氣候老化試驗(yàn)4000小時(shí)，黃變度為2，透光率降低值僅0.6%。
3.LED吸頂燈的散熱
采用小功率的LED燈珠，排列分散一些，可以有助于散熱。吸頂燈在結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)也是有利于散熱的。
a)內(nèi)部空氣無阻擋自由流通。這是吸頂燈相比于其他燈具最大的優(yōu)點(diǎn)。密閉而不流通的空氣是一種絕熱性能很好的絕熱體，反過來，能夠自由流通的空氣卻是最好的散熱體。世界上所有的發(fā)熱物體最后都是把熱量散發(fā)到空氣中去的。因?yàn)槲敓舻牡装逵泻芏嘈】祝栽谖敓舻臒粽掷铮琇ED燈珠所產(chǎn)生的熱量可以通過空氣立刻傳遞到外邊去。
b)燈罩能夠很好散熱。我們知道對(duì)流和輻射散熱主要和面積及材料有關(guān)，而塑料的輻射散熱的效果是很好的，而且燈罩的厚度很薄，所以塑料的導(dǎo)熱不好的影響可以忽略。這可以從圖4中加以說明。
圖4：較薄的厚度減小了導(dǎo)熱系數(shù)的作用
吸頂燈的泡殼厚度只有1-2mm。所以雖然它的導(dǎo)熱系數(shù)只在0.1-1W/mk，但還是能夠很快地把熱量從一邊傳到另一邊。
而且塑料的輻射能力是很強(qiáng)的，見下表：
| 材料 | 鋁 | 銅 | 黑色塑料 |
| 拋光未氧化 | 0.02-0.1 | 0.06 | 0.8-0.9 |
| 粗加工輕微氧化 | 0.3-0.4 | 0.5 | 0.8-0.9 |
| 嚴(yán)重氧化 | 0.4-0.45 | 0.8 | 0.8-0.9 |
c)面積大：根據(jù)圓形的面積計(jì)算公式：S=πr2，或S=π(d/2) 2，對(duì)于一個(gè)直徑為45cm的圓形吸頂燈，它的底板面積就是1590cm2。因?yàn)槲敓敉ǔ０惭b在室內(nèi)，沒有過高室溫，所以可以采用40cm2/W的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，那樣也可以散去40W的功率。但是由于底板靠近天花板，不易散熱，所以底板的實(shí)際散熱效果會(huì)差很多。
而燈罩因?yàn)槭乔嫘危涿娣e要比圓形更大，而且它的安裝朝下，沒有任何阻擋，所以散熱效果要比底板更好。
d)關(guān)鍵的問題是要把安裝LED燈珠的鋁基板或印制板的銅箔面積做得足夠大。
實(shí)驗(yàn)證明，對(duì)于小于30W的吸頂燈采用普通的印制板就可以很好地散熱，而且為了利用自由流通的空氣。在印制板的兩面把熱量帶走，所以也不需要把鋁基板或印制板通過導(dǎo)熱膠緊貼底板來散熱，反而要把印制板墊高離開底板5mm，以便空氣流通。
e)底板上多打一些通風(fēng)孔會(huì)對(duì)散熱有很大的好處。這些通風(fēng)孔應(yīng)當(dāng)打在外圈，以免被阻擋。但也可能帶來小蟲鉆入的可能性。
采取以上措施以后，LED吸頂燈并不需要很重的鰭片式散熱器也可以滿足散熱的要求?？梢哉fLED吸頂燈是唯一不需要特制的鋁散熱器的LED燈具。
LED吸頂燈非隔離式電源
(五)LED吸頂燈的電源
首先讓我們看一下普通吸頂燈的電源。
普通吸頂燈通常采用電子鎮(zhèn)流器，或者稱為高頻變壓器。但是市面上的電子鎮(zhèn)流器的質(zhì)量都比較差。例如，筆者就測(cè)試了一款普通吸頂燈安裝了飛利浦的32W環(huán)形燈管。實(shí)測(cè)的結(jié)果如下：Pin=16W，PF=0.62。所以它只用到環(huán)形燈管50%的功率，而且功率因數(shù)也很差。筆者也測(cè)試了一個(gè)9W節(jié)能燈的參數(shù)，測(cè)得Pin=8.4W，PF=0.563。
PS：兩者的功率因數(shù)都不能滿足>0.7的要求，但仍然在市面上大量流通。
對(duì)于LED吸頂燈的電源可以分為非隔離式和隔離式兩大類：
● 非隔離式電源
1. 采用恒流二極管的非隔離恒流源
恒流二極管是一種線性恒流源，它的恒流作用可以用來驅(qū)動(dòng)LED。最簡(jiǎn)單的方法就是把恒流二極管直接和LED串聯(lián)。但是我們?cè)谟糜贚ED驅(qū)動(dòng)時(shí)必須注意選擇恰當(dāng)?shù)碾娏骱湍蛪骸?/p>
最低電壓：由于恒流二極管需要一定的電壓Vk才能夠進(jìn)入恒流，所以太低的電源電壓是無法工作的。通常這個(gè)Vk大約在5-10V左右。
最高電壓：由于恒流二極管必須能吸收掉電源電壓的變化，對(duì)于同樣的百分比，220V就要比110V的變化范圍大一倍。例如對(duì)于+10%~-20%的變化范圍，對(duì)于220V就意味著22+44=66V的變化范圍，經(jīng)過橋式整流以后這個(gè)變化還會(huì)加大1.2倍，變成79.2V。而對(duì)于110V電源，同樣的變化范圍只相當(dāng)于39.6V的變化范圍。電壓越低，就意味著功耗越小，效率越高。所以可以說恒流二極管更適用于110V市電的國(guó)家。
最大電流：由于恒流二極管的功耗受到限制，所以過大的電流也是不合適的。例如1W的LED通常需要350mA，恒流二極管就很難提供。即使能夠提供，它的功耗也過大而使整體效率大為降低。 恒流二極管最適用的使用場(chǎng)合就是交流市電供電的LED燈具，采用很多小功率LED串聯(lián)，也就是高壓小電流的情況是最為合適。
圖5就是一種用于吸頂燈的恒流二極管驅(qū)動(dòng)源。其負(fù)載是80顆3022串聯(lián)，總功率為16W。所用的恒流二極管也是恒流在60mA。假如手頭的恒流二極管只有30mA的，就需要2串并聯(lián)。
圖5：采用恒流二極管作為L(zhǎng)ED驅(qū)動(dòng)電源
在這里，恒流二極管的作用就是要在輸入市電電壓變化時(shí)，保持輸出電流不變，當(dāng)然也可以消除由于LED負(fù)溫度系數(shù)所引起的電流增大。但是由于恒流二極管的耐壓有一定的限制，所以它所能吸收的電源電壓變化也是有限的。就拿100V耐壓的CRD來說，它的工作電壓范圍還要減去它的最小工作電壓10V，可用的電壓范圍也就只有90V。用在220V市電電源里， 如果市電變化+10%，~-20%，就相當(dāng)于整流后為290~211V，電壓變化79V，在其耐壓范圍內(nèi)。假如所用的LED為80顆，如果正向電壓為3.3V，那么總電壓為264V，正好相當(dāng)于220V經(jīng)過橋式整流以后的值。這時(shí)候恒流二極管上沒有壓降，但是這時(shí)候它是不能工作的而至少需要10V壓降，也就是要求整流后電壓為274V，市電電壓為228VAC。那時(shí)候恒流二極管壓降為最小，功耗也最小，只有0.03Ax10V=0.3W，整體效率為最高可達(dá)96%(當(dāng)然還要考慮整流器的效率，實(shí)際上還會(huì)低一些)。如果市電增高至242VAC，那么恒流二極管電壓就增高為26.4V，其功耗也增加到0.79W，這時(shí)候效率就等于91%。
如果市電電壓低于228V，是不是恒流二極管就不工作呢?并不是，但的確是不恒流了，這時(shí)候它和LED就會(huì)達(dá)到一個(gè)新的平衡點(diǎn)，那就是二者的電壓和等于市電電壓經(jīng)過整流后的電壓。因?yàn)長(zhǎng)ED伏安特性的非線性，所以很難用公式來表示。總之，當(dāng)市電電壓降低時(shí)，LED中的電流就會(huì)隨市電電壓的降低而降低。其亮度也會(huì)跟著變暗。但是這時(shí)候恒流二極管的壓降不大所以并不消耗很多功率。所以效率還是很高的。
前面假定了LED的正向壓降為3.3V，實(shí)際上即使其額定為3.3V，在開機(jī)一段時(shí)間以后，由于結(jié)溫的升高，正向壓降就會(huì)降低至3.1V甚至3.0V。 一個(gè)采用恒流二極管的8W電源的實(shí)測(cè)結(jié)果如下表所示：
| Vin V | Pin W | Vcrd V | Vled V | Iled mA | 效率 η |
| 240 | 8.5 | 68.1 | 250.5 | 25.6 | 75.44% |
| 235 | 8.3 | 58.2 | 252 | 25.7 | 78.03% |
| 230 | 8.2 | 50.7 | 253.7 | 27.1 | 81.06% |
| 225 | 8.3 | 43.3 | 252.7 | 27.1 | 82.51% |
| 220 | 8 | 39.3 | 255 | 27.5 | 87.66% |
| 215 | 8 | 26.6 | 255.6 | 27.8 | 88.82% |
| 210 | 7.9 | 20.5 | 255 | 27.8 | 89.73% |
| 205 | 7.7 | 17.8 | 251.4 | 27.7 | 90.44% |
| 200 | 7.2 | 13.9 | 250.8 | 27.5 | 95.79% |
| 195 | 6.4 | 4.2 | 250 | 25.2 | 98.44% |
| 190 | 5.8 | 4.2 | 243.9 | 23.7 | 99.66% |
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各種恒流二極管的參數(shù)如下表所示：
開關(guān)式恒流源電路圖
2.采用高壓直接降壓的開關(guān)式恒流源
由交流直接整流得到的電壓是264V，這時(shí)候可以采用直接降壓的高壓Buck電路來恒流。
a)PAM99700
圖6：采用美國(guó)PAM公司的PAM99700的高壓Buck電路圖
這個(gè)電路的特點(diǎn)是效率高達(dá)90%，功率因數(shù)也大于0.9以上。外部電路也很簡(jiǎn)單?？梢则?qū)動(dòng)多達(dá)40個(gè)1W的LED。一個(gè)采用PAM99700的LED吸頂燈照片如圖7所示。
圖7：采用PAM99700作為恒流驅(qū)動(dòng)源的LED吸頂燈
它是采用24串7并的3014型LED，總功率16.8W。右下角的藍(lán)色印制板是紅外遙控接收器。
它的實(shí)測(cè)結(jié)果如下(圖8)：
圖8：效率、功率因素、LED電流和輸入電壓的關(guān)系
b)HV9861A
最近美國(guó)Supertex公司推出了新款高壓降壓芯片HV9861A以取代HV9910B.它采用了均值取樣從而提高了恒流精度至+/-3%。它的電路圖如圖9所示。
圖9：HV9861A直接降壓式電路圖
這個(gè)電路可以驅(qū)動(dòng)21個(gè)1W的LED。其主要指標(biāo)如下：
| 輸入電壓 | 輸出電壓 | 輸出電流 | 效率 | 功率因數(shù) | 輸出開路保護(hù) | 輸出短路保護(hù) |
| 90-265VAC | 20-60V | 350mA+/-4% | 91-92% | 0.5-0.56 | 有 | 有 |
圖10：輸出電流和效率隨輸入電壓而變化
因?yàn)殡娐分袥]有采用無源功率因數(shù)校正，所以功率因數(shù)比較低。這個(gè)電路也沒有采用為減小EMI所需的濾波器，如果加上這兩項(xiàng)以后都會(huì)降低其效率。
所有這些非隔離式電源因?yàn)樵贚ED負(fù)載上會(huì)觸摸到市電，所以有嚴(yán)格的安規(guī)檢驗(yàn)，盡管采用良好的絕緣可以滿足安規(guī)的要求，但是歐盟IEC 61347-2-13 (5/2006)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在LED負(fù)載端電壓不可超過25VAC或35VDC。所以采用非隔離電源是無法出口歐盟的。
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LED吸頂燈隔離式電源
● 隔離式電源
美國(guó)TI公司推出了一種隔離式恒流源芯片TPS92070，它的電路圖如圖11所示。
圖11：TPS92070實(shí)際應(yīng)用電路圖
輸入：90-264VAC
輸出：25V，350mA
效率：>85%
a)iW3614
其電路圖如圖12所示。
圖12：iW3614應(yīng)用電路圖
輸入：100-120VAC或220-240VAC
輸出：25V,400mA
效率：>82%PF：>0.9 非調(diào)光模式，調(diào)光模式時(shí)取決于可控硅
THD：滿足 IEC61000-3-2
調(diào)光兼容RC、R、RL
b)λLT3799
今年2月美國(guó)凌特公司宣布了一個(gè)用于LED恒流驅(qū)動(dòng)的IC(LT3799)，它可以驅(qū)動(dòng)4-100W的LED，而且本身帶PFC，外置功率MOSFET開關(guān)管，反激隔離式而不需要光耦合器，外置元件減到最少，而且還可以用于可控硅調(diào)光。
圖13：可用于高功率LED吸頂燈的反激式隔離型恒流電源
這個(gè)電路圖是一個(gè)給24瓦吸頂燈用的演示板的電路圖。其主要技術(shù)指標(biāo)如下：
| 輸入電壓 | 輸出功率 | 輸出電壓 | 輸出電流 | LED數(shù) | 效率 | 功率因數(shù) |
| 90-270VAC | 25W | 25VDC | 1A | 8x3W | 83-86% | 0.92-0.99 |
圖14：LT3799的演示版
這個(gè)市電恒流源因?yàn)楣β蚀螅铱梢赃m應(yīng)4-100W的寬功率范圍(這是吸頂燈的功率范圍)，所以一定是采用外置MOS開關(guān)管，而且也因?yàn)楣β蚀?，所以要求采用功率因?shù)校正(PFC)。對(duì)于不同的功率，除了要選擇不同的MOS管外，還要求選擇不同大小的變壓器。變壓器加大了整個(gè)恒流源的體積和重量，降低了效率。但是這是為隔離市電所必需的。
LED吸頂燈調(diào)光電路圖
(六)LED吸頂燈的調(diào)光
目前全世界很多知名的LED恒流驅(qū)動(dòng)芯片公司都花了很大的力氣開發(fā)出了很多可以和各種可控硅調(diào)光的所謂Triac配合以進(jìn)行調(diào)光的芯片。然而這也是一種相當(dāng)可悲而又可笑的事。因?yàn)榭煽毓枋巧鲜兰o(jì)六十年代的產(chǎn)品，本身是一種相當(dāng)古老而落后的器件。它的確可以用來和白熾燈配合進(jìn)行調(diào)光，可是它在調(diào)光的過程中會(huì)破壞正弦波的波形因而引起系統(tǒng)的功率因數(shù)降低，而且還會(huì)在線路上產(chǎn)生很大的干擾信號(hào)。在白熾燈調(diào)光時(shí)因?yàn)榘谉霟舻牧炼戎皇怯呻娫措妷旱挠行е禌Q定，所以可以跟著可控硅的導(dǎo)通角調(diào)光，而且對(duì)于可控硅來說，白熾燈是一個(gè)理想的純阻負(fù)載，也不會(huì)對(duì)它的工作有什么影響。
可是換成LED以后就產(chǎn)生了一系列的問題，首先帶整流器的LED是一個(gè)容性負(fù)載，對(duì)可控硅有很大影響，在低負(fù)載時(shí)就會(huì)不穩(wěn)定觸發(fā)，除非并聯(lián)一個(gè)電阻。但會(huì)進(jìn)一步降低系統(tǒng)的效率(增加1-2W功耗)。為了使得LED也能配合可控硅調(diào)光就必須把帶整流器的整套恒流電源系統(tǒng)的功率因數(shù)提高到看上去接近純阻負(fù)載。所以很多公司開發(fā)出有源功率因數(shù)校正芯片。使得LED整個(gè)系統(tǒng)的功率因數(shù)達(dá)到0.9以上。不少人誤以為采用功率因數(shù)校正以后，連同可控硅在內(nèi)的整個(gè)系統(tǒng)的功率因數(shù)都可以達(dá)到0.9以上。這完全是誤解了， 即使是純阻負(fù)載接上可控硅以后功率因素也會(huì)隨調(diào)光而降低。
下面是可控硅調(diào)光過程中，帶功率因數(shù)校正(達(dá)0.96)的LED球泡燈的整套系統(tǒng)(包括可控硅在內(nèi))的功率因數(shù)的變化(附帶也有白熾燈的數(shù)據(jù)以供比較)。
由表中可知，不管是經(jīng)過功率因數(shù)校正的LED燈，還是白熾燈，在一開始時(shí)功率因數(shù)都可以達(dá)到0.96以上。但隨著可控硅的調(diào)光，其功率因數(shù)逐步降低，到無法再調(diào)光時(shí)，功率因數(shù)低至0.48和0.566。所以作為整個(gè)系統(tǒng)來說，其功率因素指標(biāo)是不符合美國(guó)能源之星的要求的。
全世界的各種可控硅調(diào)光器多達(dá)幾十種，上百種。很多LED燈為了和這些可控硅兼容，不知道做了多少試驗(yàn)和改進(jìn)，但最后還是吃力不討好。由于國(guó)外的人工很貴，所以也可以認(rèn)為這是不得已的做法，但是在中國(guó)完全可以采取另一些更先進(jìn)的做法。
為了要對(duì)LED調(diào)光，可以有很多辦法，這些方法都沒有可控硅的缺點(diǎn)。下面介紹幾種最常用的方法：
1.采用脈寬調(diào)制PWM調(diào)光
LED是一個(gè)二極管，它可以實(shí)現(xiàn)快速開關(guān)。它的開關(guān)速度可以高達(dá)微秒以上。是任何發(fā)光器件所無法比擬的。因此，只要把電源改成開關(guān)恒流源，用改變脈沖寬度的方法，就可以改變其亮度。這種方法稱為脈寬調(diào)制(PWM)調(diào)光法。圖15表示這種脈寬調(diào)制的波形。假如脈沖的周期為tpwm，脈沖寬度為ton，那么其工作比D(或稱為孔度比)就是ton/tpwm。改變恒流源脈沖的工作比就可以改變LED的亮度。
圖15：用改變脈沖寬度的方法來改變LED的亮度
具體實(shí)現(xiàn)PWM調(diào)光的方法就是在LED的負(fù)載中串入一個(gè)MOS開關(guān)管(圖16)，這串LED的陽極用一個(gè)恒流源供電。
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圖16：用PWM信號(hào)快速通斷LED串
然后用一個(gè)PWM信號(hào)加到MOS管的柵極，以快速地開關(guān)這串LED。從而實(shí)現(xiàn)調(diào)光。也有不少恒流芯片本身就帶一個(gè)PWM的接口，可以直接接受PWM信號(hào)，再輸出控制MOS開關(guān)管。那么這種PWM調(diào)光方法有那些優(yōu)缺點(diǎn)呢?
(1)不會(huì)產(chǎn)生任何色譜偏移。因?yàn)長(zhǎng)ED始終工作在滿幅度電流和0之間。
(2)可以有極高的調(diào)光精確度。因?yàn)槊}沖波形完全可以控制到很高的精度，所以很容易實(shí)現(xiàn)萬分之一的精度。
(3)可以和數(shù)字控制技術(shù)相結(jié)合來進(jìn)行控制。因?yàn)槿魏螖?shù)字信號(hào)都可以很容易變換成為一個(gè)PWM信號(hào)。
(4)即使在很大范圍內(nèi)調(diào)光，也不會(huì)發(fā)生閃爍現(xiàn)象。因?yàn)椴粫?huì)改變恒流源的工作條件(升壓比或降壓比)，更不可能發(fā)生過熱等問題。
具體獲得PWM信號(hào)的方法為在墻上的PWM開關(guān)和電位器里安裝一個(gè)PWM發(fā)生器。這個(gè)PWM發(fā)生器可以很容易地用一個(gè)555芯片形成(圖17)。
圖17：用555構(gòu)成一個(gè)PWM發(fā)生器
這個(gè)發(fā)生器的指標(biāo)如下：
a)輸入電源：10-36V ，20mA
b)輸出信號(hào)：200Hz的PWM信號(hào)，0-100%，5V (也可為10V)
c)控制路數(shù)：可控制5-10個(gè)可調(diào)光恒流源
d)線路長(zhǎng)度：10-20m
e)開關(guān)：可直接控制220V電源開或關(guān)
所以，它需要三根線和燈具連接。假如還要開關(guān)燈具，就可以采用帶開關(guān)電位器，不過這樣一來總共需要有5根線連接到燈具。如果要利用原來墻上開關(guān)，就要再增加三根線，這是它的主要缺點(diǎn)。它的優(yōu)點(diǎn)是可以用一個(gè)控制器來控制5-10個(gè)燈具。
2.分段式開關(guān)調(diào)光
為了利用現(xiàn)有的墻上開關(guān)和墻內(nèi)的兩根線，臺(tái)灣有一家公司推出了一種稱之為EZ-Dimming的GM6182的四段開關(guān)調(diào)光不失為一種好方案。它只利用墻上的普通電燈開關(guān)就能實(shí)現(xiàn)4段調(diào)光，第一次開為全亮，第二次快速開關(guān)為60%亮度，第三次快速開關(guān)為40%亮度，第四次快速開關(guān)為20%亮度。這種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是可以利用普通的墻上開關(guān)實(shí)現(xiàn)調(diào)光。而且其功率因素高達(dá)0.92以上。沒有產(chǎn)生干擾信號(hào)之慮。缺點(diǎn)是無法連續(xù)調(diào)光。還有操作麻煩一些。它實(shí)際上可以和恒流源設(shè)計(jì)在一起(圖18)。
圖18：分段調(diào)光的恒流源GM6182
其指標(biāo)如下：
3.紅外遙控調(diào)光
輸入電壓
輸出功率
功率因素
效率
輸入電解電容
EMI干擾
墻上開關(guān)和線路
90-270V
＞9W
＞0.97
88-92%
不需要
幾乎 沒有
無需更改
LED吸頂燈作為一種高檔商品，采用紅外遙控調(diào)光更能凸顯其高檔性。不愧為一種理想的選擇。一個(gè)紅外遙控發(fā)射機(jī)電路如圖19所示。
圖19：一個(gè)紅外遙控發(fā)射機(jī)電路圖
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紅外遙控接收電路如圖20所示。
圖20：紅外遙控接收電路圖
雖然紅外遙控可以實(shí)現(xiàn)采用PWM連續(xù)調(diào)光，但在實(shí)際使用時(shí)，也可以用作分段調(diào)光。
LED吸頂燈的指標(biāo)和性能
(七)LED吸頂燈的指標(biāo)和性能
一個(gè)LED燈具最重要的性能指標(biāo)就是它的整體光效。所謂整體光效就是輸出光通量(以流明表示)和輸入電功率之比，單位是每瓦流明數(shù)lm/W。
它不但包括了LED本身的發(fā)光效率，也包括了恒流電源的效率和泡殼的透光率。 除此以外，還有它的色溫、顯色指數(shù)等。
夏普吸頂燈
為了測(cè)試LED吸頂燈的指標(biāo)，我們通常把它放進(jìn)大型的積分球中，以便測(cè)量它所發(fā)出的全部光通量。并對(duì)它所發(fā)出的光譜進(jìn)行分析。
現(xiàn)在就拿圖7所示的紅外遙控LED吸頂燈為例，測(cè)試它的性能指標(biāo)。這是一個(gè)采用168顆3014LED的紅外遙控吸頂燈。
在不加光罩時(shí)實(shí)測(cè)的結(jié)果如下。
1.整體光效
總流明數(shù)1383lm，輸入交流功率=16.57W，所以整體光效=83.46 lm/W需要說明的是其中包括了兩項(xiàng)效率，一個(gè)紅外接收器的效率，另一個(gè)是恒流電源的效率。而恒流電源的效率，單獨(dú)測(cè)試的結(jié)果是89.5%(圖8)。紅外接收器的功耗為0.5W左右，所以實(shí)際的輸入功率應(yīng)該是16W。如果不用紅外遙控器時(shí)，它的整體光效應(yīng)該是86.43lm/W。如果再考慮電源的效率，用在LED上的電功率只有14.32W。
這樣算下來可以得到96.5lm/W。這應(yīng)該是LED本身的發(fā)光效率。如果改用發(fā)光效率為120lm/W的LED，那么它的整體光效就可以達(dá)到107lm/W，即使加上紅外接收器的功耗，整體光效也可以超過100lm/W。
2. 色溫
色溫：6171K，這完全是由所用的LED決定的，如果用戶要求低色溫，就可以改用低色溫的LED。
3. 顯色指數(shù)
顯示指數(shù)：Ra=76.2，這個(gè)指數(shù)相對(duì)較低。但是實(shí)際上目前所用的顯色指數(shù)是在15種單色光上的顯色指數(shù)加以平均的結(jié)果，它并不能完全代表它的顯色能力。因此照明信息委員會(huì)(CIE)不推薦用CRI來測(cè)定白光LED的顯色能力。
4. 如果加上光罩以后，它的整體光效當(dāng)然會(huì)隨之降低。而且會(huì)降低相當(dāng)多。因此選用高透光率的光罩是很重要的事。但是透光率過高，也會(huì)使用戶能夠看到其中的光珠，這也是不希望的是。尤其是如果采用1W的大功率LED，就更加明顯，所用采用小功率的LED(例如3014)，允許用透光率高的光罩，這也是很重要的。
解讀吸頂燈成本及市場(chǎng)
(八)吸頂燈的成本和價(jià)格
在推廣LED燈具中遇到最大的問題就是價(jià)格問題。最突出的就是在采用LED球泡燈來取代白熾燈時(shí)，二者的價(jià)格會(huì)相差20-50倍之多，普通白熾燈的零售價(jià)大約在1-2元人民幣，而且和瓦數(shù)基本無關(guān)，而一個(gè)相同流明數(shù)的LED球泡燈的價(jià)錢就大約要50元到100元。例如可以取代60瓦白熾燈的LED球泡燈至少要10W以上，它的價(jià)錢大約為100元以上。然而，在LED吸頂燈中，情況就完全不同了。普及型的LED吸頂燈的價(jià)格可以做到和中檔的普通吸頂燈的價(jià)格相當(dāng)。
| 瓦數(shù) | 低檔國(guó)產(chǎn) | 中檔國(guó)產(chǎn) | 高檔進(jìn)口 | LED吸頂燈 |
| 低8-12W | 20元 | 79元 | 105元 | 45元 |
| 中14-18W | 30元 | 102元 | 175元 | 148元 |
| 高24-32W | 40元 | 126元 | 328元 | 195元 |
(九)吸頂燈的市場(chǎng)
各個(gè)國(guó)家的生活習(xí)慣有所不同，對(duì)吸頂燈的需求也有所不同。一般來說，美國(guó)幾乎完全不用吸頂燈，美國(guó)的住房從來沒有在房間中間安裝燈具，很多燈具都是一種立式的大型燈具，采用插銷插到墻角的插座上，有一個(gè)墻上開關(guān)來開關(guān)一個(gè)專門的墻上插座。而在洗手間則完全靠鏡上燈來照明。所以可以認(rèn)為吸頂燈在美國(guó)是沒有市場(chǎng)的。而日本則和中國(guó)差不多，很多人家都采用吸頂燈。他們也稱為天花燈。歐洲則比較喜歡華麗的吸頂燈，只是廚房和廁所會(huì)采用普及式的吸頂燈。
(十)普及LED吸頂燈對(duì)節(jié)能減排的意義重大
采用LED吸頂燈來取代普通熒光燈式吸頂燈可以大大節(jié)約電能，從而減少二氧化碳的排放。一般來說，每節(jié)省1度電可以減少0.272公斤二氧化碳。從實(shí)測(cè)的結(jié)果可知，一個(gè)8W的LED吸頂燈大約可以取代16W的普通熒光燈式吸頂燈，所以可以節(jié)電8W。假定平均每天開燈3小時(shí)，那么每年可以節(jié)電8.76度電，相當(dāng)于減排2.38公斤二氧化碳。假定2012年可以生產(chǎn)800萬只LED吸頂燈，那么總共可以節(jié)電7億度電，(相當(dāng)于三峽水電站一年所發(fā)的電量847億度電的82%)。減少了19萬噸二氧化碳的排放。
據(jù)美國(guó)國(guó)家大氣和海洋管理局(NOAA)最新報(bào)告，大氣中二氧化碳平均濃度已由工業(yè)革命前的280ppm(ppm：百萬分之一)左右升高到了2010年的389ppm。而中國(guó)在1992年的排放量約占全球的11%，2008年則占全球的23%，位居世界第一。2010年全球二氧化碳排放量大幅增加，創(chuàng)下歷史新高。2010年全球二氧化碳排放量為335億噸，比上年增加18.8億噸，約5.9%。中國(guó)2010年二氧化碳的排放量約為75億噸。中國(guó)在德班氣候大會(huì)上承諾計(jì)劃在2015年的碳排放要比2010年減少15%。如果要在2015年減少15%，就是11.25億噸。如果到2015中國(guó)能夠采用8000萬只LED吸頂燈，就可以減少19萬噸二氧化碳的排放，占承諾總數(shù)的8.4%。這是一個(gè)極為可觀的數(shù)字。
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