淺談LED燈應用

曹秀芬

摘要：隨著LED燈的不斷研制與發展，由起初LED燈顏色只有紅光、黃光、綠光、藍光等，主要作為指示燈和渲染效果使用。到目前使用藍光LED激發黃色熒光粉發出白光，LED應用才有了突飛猛進的發展。研制出白光LED燈后才廣泛應用于照明領域，成為一種新的節能型光源。

關鍵詞：光衰;散熱;光束角;藍光;電壓偏差

LED燈有以下優點：光效比較高;體積小、質量輕;響應時間短;防潮、耐低溫、抗震動;調光方便。白熾燈和鹵鎢燈的光效為12～24lm/w，熒光燈的光效一般為50～70lm/w，鈉燈的光效可達90～140lm/w，這些燈具大部分的耗電都轉變成熱量損耗。而LED發光二極管的光效經過改良后可以達到50～200lm/w，而且光的單色性很好、光譜又窄，不需要過濾就可以直接發出有色的可見光。

LED燈的不足之處主要有以下四方面：光衰大、發熱量大散熱困難、發光分散光束角很難達到要求、藍光的成分偏高很難過濾，下面我來分別介紹一下。

一、光衰

LED路燈光衰就是光在傳輸中的光通量減弱，光衰計算方法為：N小時的光衰=1-（N小時后的光通量/初裝光通量）。光衰強弱與溫度有直接的關系，溫度主要由芯片質量、螢光粉的衰減和封裝技術等因素決定的。

由于沒有統一制造標準，市場上各種品牌的LED燈的光衰都是不同的，通常LED廠家都會給出一套標準的光衰曲線圖。我在網上搜索美國Cree公司給出的LED燈光衰曲線如圖1所示。由圖中曲線顯示導致LED產品光衰的原因雖然很多，但是最關鍵的還是熱的問題。

二、散熱

LED燈泡發熱的主要原因是發光二極管吸收的電能大約只有20%～30%左右轉化為光能，而大約70%的電能都變成了熱能。所以各LED廠家花費大量人力物力重點研發解決LED燈泡的散熱問題，主要從兩個方面入手，封裝前LED芯片散熱與封裝后LED燈泡散熱。

搜集了市面上主流散熱方法如下：①常見的是鋁散熱鰭片;②最低成本的是導熱塑料，這是一種加強散熱方式;③在燈殼內部安裝長壽高效風扇加強散熱，這種方式造價低，效果好，缺點是要經常更換風扇，很少采用;④大型燈具常用的導熱管散熱技術;⑤燈殼表面做輻射散熱處理的方法。散熱效果的好壞也是評判LED燈具質量的一個重要因素。

三、光束角

我們參考光束角的定義：“光強達到光束軸線光強的10%處、兩邊所夾的角，稱為光束角”。LED發光二極管本身的發光角度很大，半角大約是120°，看起來很散，還有大量的光損失，這樣的光看實物容易產生重影和模糊不清的感覺。隨著現在LED燈具的不斷研發，配上合適的燈杯或透鏡，完全可以達到普通熒光燈的效果。

四、藍光

藍光危害目前已被世界衛生組織納入光生物安全的范疇，也就是人們通常說的光輻射安全。藍光對視網膜傷害造成一般是是由于人眼直視LED光源（發光二極管）造成的，而經過封裝后的LED燈具，已經將藍光控制在一定的安全范圍內。國際電工技術委員會（IEC）制定LED光源產品藍光危害進行了安全級別分類的標準“IEC62471”。分為“RG0（免除，燈在標準所定義的極限條件下也不造成任何危害。所包含的藍光危害部分定義為在10000s內不造成對視網膜危害）、RG1（Ⅰ類，低危險，無附加要求，所包含的藍光危害部分定義為在100s內不造成對視網膜危害）、RG2（Ⅱ類，中等危險，所包含的藍光危害部分定義為在0.25s內不造成對視網膜危害）、RG3（Ⅲ類，高危險，光源在短瞬間造成危害）”。在通常情況下，LED照明產品應滿足RG1類要求，且色溫不宜超過4000K，一般顯色指數要達到80以上。

綜上所述， LED燈適宜用在車庫、走廊、和作為裝飾效果使用，不適宜用在辦公等長時間停留的場所。

下面再來談談電能質量中電壓偏差會不會造成成為影響LED使用效果的主要因素呢？

《工業與民用供配電設計手冊》（第四版）對電壓偏差有以下要求，如表1所示：

照明設計中通常選擇導線截面積為2.5mm2，銅線在20℃時的電阻率為ρ=0.0178Ω·mm2/m，根據導線電阻率公式R=ρL/S，按照電壓偏差最大值進行計算△U=220[×]0.05=11V，照明回路采用16A斷路器保護，則△U=IR=IρL/S

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

我們進行一般照明設計時通常按照末端配電不超過50m來設計，完全滿足電壓偏差，不至于對LED燈的效果產品明顯的影響。

綜上所述，在選擇LED燈的時候要關注以下參數：①顯色指數（Ra）不應小于80;②色溫不宜高于4000K;③燈具宜有漫射罩或有不小于30°的遮光角;④燈的功率因數：P≥25W的，cosφ≥0.9;5W

參考文獻：

[1]劉屏周.《工業與民用供配電設計手冊》（第四版）[M].北京：中國電力出版社，2016.

[2]照明設計手冊（第三版）[J].供用電，2018（07）.