浅谈LED灯应用

曹秀芬

摘要：随着LED灯的不断研制与发展，由起初LED灯颜色只有红光、黄光、绿光、蓝光等，主要作为指示灯和渲染效果使用。到目前使用蓝光LED激发黄色荧光粉发出白光，LED应用才有了突飞猛进的发展。研制出白光LED灯后才广泛应用于照明领域，成为一种新的节能型光源。

关键词：光衰;散热;光束角;蓝光;电压偏差

LED灯有以下优点：光效比较高;体积小、质量轻;响应时间短;防潮、耐低温、抗震动;调光方便。白炽灯和卤钨灯的光效为12～24lm/w，荧光灯的光效一般为50～70lm/w，钠灯的光效可达90～140lm/w，这些灯具大部分的耗电都转变成热量损耗。而LED发光二极管的光效经过改良后可以达到50～200lm/w，而且光的单色性很好、光谱又窄，不需要过滤就可以直接发出有色的可见光。

LED灯的不足之处主要有以下四方面：光衰大、发热量大散热困难、发光分散光束角很难达到要求、蓝光的成分偏高很难过滤，下面我来分别介绍一下。

一、光衰

LED路灯光衰就是光在传输中的光通量减弱，光衰计算方法为：N小时的光衰=1-（N小时后的光通量/初装光通量）。光衰强弱与温度有直接的关系，温度主要由芯片质量、萤光粉的衰减和封装技术等因素决定的。

由于没有统一制造标准，市场上各种品牌的LED灯的光衰都是不同的，通常LED厂家都会给出一套标准的光衰曲线图。我在网上搜索美国Cree公司给出的LED灯光衰曲线如图1所示。由图中曲线显示导致LED产品光衰的原因虽然很多，但是最关键的还是热的问题。

二、散热

LED灯泡发热的主要原因是发光二极管吸收的电能大约只有20%～30%左右转化为光能，而大约70%的电能都变成了热能。所以各LED厂家花费大量人力物力重点研发解决LED灯泡的散热问题，主要从两个方面入手，封装前LED芯片散热与封装后LED灯泡散热。

搜集了市面上主流散热方法如下：①常见的是铝散热鳍片;②最低成本的是导热塑料，这是一种加强散热方式;③在灯壳内部安装长寿高效风扇加强散热，这种方式造价低，效果好，缺点是要经常更换风扇，很少采用;④大型灯具常用的导热管散热技术;⑤灯壳表面做辐射散热处理的方法。散热效果的好坏也是评判LED灯具质量的一个重要因素。

三、光束角

我们参考光束角的定义：“光强达到光束轴线光强的10%处、两边所夹的角，称为光束角”。LED发光二极管本身的发光角度很大，半角大约是120°，看起来很散，还有大量的光损失，这样的光看实物容易产生重影和模糊不清的感觉。随着现在LED灯具的不断研发，配上合适的灯杯或透镜，完全可以达到普通荧光灯的效果。

四、蓝光

蓝光危害目前已被世界卫生组织纳入光生物安全的范畴，也就是人们通常说的光辐射安全。蓝光对视网膜伤害造成一般是是由于人眼直视LED光源（发光二极管）造成的，而经过封装后的LED灯具，已经将蓝光控制在一定的安全范围内。国际电工技术委员会（IEC）制定LED光源产品蓝光危害进行了安全级别分类的标准“IEC62471”。分为“RG0（免除，灯在标准所定义的极限条件下也不造成任何危害。所包含的蓝光危害部分定义为在10000s内不造成对视网膜危害）、RG1（Ⅰ类，低危险，无附加要求，所包含的蓝光危害部分定义为在100s内不造成对视网膜危害）、RG2（Ⅱ类，中等危险，所包含的蓝光危害部分定义为在0.25s内不造成对视网膜危害）、RG3（Ⅲ类，高危险，光源在短瞬间造成危害）”。在通常情况下，LED照明产品应满足RG1类要求，且色温不宜超过4000K，一般显色指数要达到80以上。

综上所述， LED灯适宜用在车库、走廊、和作为装饰效果使用，不适宜用在办公等长时间停留的场所。

下面再来谈谈电能质量中电压偏差会不会造成成为影响LED使用效果的主要因素呢？

《工業与民用供配电设计手册》（第四版）对电压偏差有以下要求，如表1所示：

照明设计中通常选择导线截面积为2.5mm2，铜线在20℃时的电阻率为ρ=0.0178Ω·mm2/m，根据导线电阻率公式R=ρL/S，按照电压偏差最大值进行计算△U=220[×]0.05=11V，照明回路采用16A断路器保护，则△U=IR=IρL/S

11=16[×]0.0178[×]L/2.5          L=96.56m

我们进行一般照明设计时通常按照末端配电不超过50m来设计，完全满足电压偏差，不至于对LED灯的效果产品明显的影响。

综上所述，在选择LED灯的时候要关注以下参数：①显色指数（Ra）不应小于80;②色温不宜高于4000K;③灯具宜有漫射罩或有不小于30°的遮光角;④灯的功率因数：P≥25W的，cosφ≥0.9;5W

参考文献：

[1]刘屏周.《工业与民用供配电设计手册》（第四版）[M].北京：中国电力出版社，2016.

[2]照明设计手册（第三版）[J].供用电，2018（07）.