浅谈AC LED光源在Ⅱ类防爆灯具中的应用

2017-07-31张乃月

电气开关 2017年1期

关键词：灯具光源晶粒

张乃月

(合隆防爆电气有限公司,浙江乐清 325600)

浅谈AC LED光源在Ⅱ类防爆灯具中的应用

张乃月

(合隆防爆电气有限公司,浙江乐清 325600)

本文针对AC LED光源的特点及在Ⅱ类防爆灯具的应用做一详细论述。

AC LED；节省；创新

1 Ⅱ类厂用防爆灯具领域应用背景

厂用防爆灯具一般应用在石油、化工、冶金、电力、医药等存在丙炔、乙炔、丙烷、氢气、二硫化碳、二甲醛、二乙醚、四氟乙烯等可燃性危险气体或粉尘的Ⅱ类场所，因其使用场所的广泛性，现场根据不同的安装方式和照明需求，各种结构、各种光源的灯具使用都非常多。目前从结构分有：分体式、组合式、一体式；从光源类型分有：节能灯、免维护无极灯、LED和气体放电灯以及荧光灯、卤素灯、氙气灯等；从外壳材质分：铸铝合金、不锈钢、全塑外壳等；为实现节能节效，LED灯已逐渐成为此行业的主打产品，但目前考虑到LED光源本身的散热限制，大部分都是将DC LED光源和驱动装在一个腔体内时，光源与驱动间预留很大的散热空间，或将光源与驱动分开组装到不同的腔体内，腔体外表增设散热筋，为保证DC LED的使用寿命，不得不以增大外壳的体积方式来控制防爆灯具的表面温度及电器元件的温升点；这样往往导致防爆LED灯具比其他光源的防爆灯具初始成本高出很多，即使使用中节省了电量成本，免除了后期的维护费用，因初期防爆灯具的采购成本相对较高，综合算下来的整体成本节省并不明显。

AC LED的诞生有效的解决了此问题，因其将光源和驱动合为一体，故应用在防爆灯具时能将外壳尺寸变的更紧凑，从而实现灯具的整体尺寸、重量和成本都缩减一个层次，实现了更大程度的节能。

2 AC LED光源的特点

(1)定义

AC LED光源相对于传统DC LED光源，无须经过交直流的转换，可直接接入交流220V或交流110V电源即可发光，目前市场上AC LED光源功率最低可做到3W，最高可做到200W；

(2)灯具采用AC LED光源的优点

LED灯具无需单独另配电源驱动，早已为业界内研究突破的技术课题，在应用中LED灯具的整机实际使用寿命远远低于LED光源本身寿命的理论值，其原因是驱动电源易于损坏或输出不稳定、电参数匹配度不高导致LED光衰快、灯珠烧坏等现象，从而使整灯的寿命无法达到LED光源本身的寿命值，业内流传：“100个灯具维修、维护中有99个是因为驱动电源出现问题”。驱动电源在整体灯具中成本占到30%左右，在AC/DC交流与直流电压的转换过程中，其功率损耗高达30%，因此摒弃驱动电源，不仅可提高整灯的光效、降低成本，还可避免因驱动电源的问题造成LED灯具的损坏或寿命缩短，且交流电源直接输入无正负极之分，不会发生由于误操作导致光源烧坏的现象，使用更灵活方便、可靠性更高。

(3)AC LED光源的技术分类及工作原理

①一种是由单芯片封装，芯片上设有串联LED单元，并利用此LED单元组成整套流路，实现交流发光，这类光源以韩国三星公司为代表，参见图1，其工作原理如图2，将若干LED微小晶粒采用交错的矩阵排列方式，工艺均分为五串，AC LED晶粒串联组成类似一个整流桥，整流桥的两端分别联接交流源，另两端联接一串LED晶粒，交流的正半周沿蓝色(实线)通路流动，3串LED晶粒发光，负半周沿虚线通路流动，又有3串LED晶粒发光，四个桥臂上的LED晶粒轮番发光，相对桥臂上的LED晶粒同时发光，中间一串LED晶粒因共用而一直在发光。

LED晶粒在50Hz的交流电路中会以每秒50次的频率轮替点亮，整流桥得取的直流是脉动直流，LED的发光是闪动的，因LED有断电余辉续光的特性，且余辉可保持几十微秒，另人眼对流动光具有惰性记忆，故人眼对LED光源的发光+余辉的工作模式解读是连续在发光的效果，实际情况LED一半时间在工作发光，一半时间在休息，因而发热量相比DC LED减少40%左右，因此AC LED的使用寿命较DC LED长。

图1

图2

②另一种是由美国和德国发明的光/电源一体式模组，应用最为广泛。采用将交流整流元件和驱动元件外加在封装线路中组成光/电源一体化的发光模组，目前从形状上市场应用较多的有圆形的和方形的，参见图3～图6。

图5 DC LED

图6 AC LED

(4)AC LED光源比DC LED光源应用晚的原因

AC LED光源在国外很早已经出现，韩国首尔半导体公司早在2005年就已经用交流电直接驱动LED使其发光，其次是德国、美国、台湾等相继完成了其产业化的生产，近年国内公司如卓耐普光电公司、中电金台光电、新力光电、红日光电等光源企业如雨后春笋陆续破土而出。

单芯片封装架构AC LED的最大缺点是在很小的晶粒上连接多个发光器件，而有限的芯片面积限制了更大功率输出，其工艺也影响了光效、内置恒流的不易控制，当电网电压升高时使耗散功率骤增从而会造成光源的损坏。

目前广为流行的光/电源一体式模组多采用以铝基板COB封装，线性恒流技术有效解决了大功率输出的问题，成为AC LED光源的主流，然而这种技术的致命缺点是它必需依赖覆有多层热阻的铝(或铜)的基板,传统铝(或铜)基板是将FR4纤维板或BT板经过压合工艺成为一体，其导热系数最好的只有2 w /m-K左右，与没有绝缘层的纯铝导热系数为237w/m-K相比相差一百多倍，如此大的封装热阻，必然使热耗比增大，从而提高了LED光衰和损坏系数，相比单芯片封装架构而言降低了LED的使用寿命。

(5)AC LED光源的未来趋势

AC LED光源的技术应用目前正处于高速发展期，从其发展趋势上看，该项技术必然会成为行业发展的一个必然趋势和方向，在未来的大约5年的时间段内市场的应用率将达到80%以上，给原与DC LED配套的驱动企业以革新性冲击影响，会逐渐改变目前的DC LED产业格局。