LED日光灯的性能和电源和结构和寿命（二）

三．LED 为了得到比较均匀的发光和把热量分散开，LED日光灯通常都是采用很多个小功率的LED灯珠串并联而构成。小功率LED有两种，一种是插针式，俗称草帽管，还有一种是贴片式。早期LED日光灯大都用草帽管，但是这种插针式LED因为热阻大（高达450°C/W），光衰严重，所以现在已经很少人用，而大多数采用贴片式的了。各种LED的主要指标为发光效率，小功率LED通常直接以其发光的流明数表示，寿命（通常以在多少结温时的寿命来表示），和热阻Rjs。   几种常用的贴片式LED的指标如下所示： 厂家 型号 发光mcd 发光 lm 热阻 oC/W 寿命70%, hrs   X公司 3020 1500-2100   135   G公司 3020 1800-2600<, /o:p> 5.6 (20mA) 160 20,000(Ta=60oC，20mA） L公司 3014 2100-3600 9 (30mA) 45 50,000(Ta=45oC，30mA）    （a）                                                                                             （b） 图3. 3020（a）的散热和3014（b）的底板散热机构   由于3020只有两端电极焊接散热，而3014采用了底板散热，所以二者的热阻相差3倍多，二者的寿命也相差两倍多。3014 工作于30mA，所以它的发光也高达9流明。相当于90 lm/W的发光效率。 在日光灯里所用的LED数目通常在200颗以上，显然不可能全部串联，而必须串并联。一般来说，希望串得少的，并得多，这样，一旦某一串中有一个LED开路，只会使这一串不亮，而这一串的电流将分摊到剩余的几路中去。例如，总数为200个的LED，假如连结成8串25并，每串30mA，25串的总电流750mA，有一串坏了，每一串的电流只增加了1.25mA。反过来，假如连成25串8并，每串30mA，8串总电流240mA，一串开路，30mA 就分到剩下的7路中，每路就要平均增加4.28mA。 不过有的LED每个都有一个并联的稳压二极管保护，即使有一个LED开路，这一串也不会都不亮，而只是这一个LED不亮而已。上述问题就不存在。 此外，假如串联的LED数目少于10个，那么它所需要的电源电压低于35V，也就低于国际安全电压。   究竟串多少并多少，还和电源的可能性有关。这将在下一节中讨论。   四．电源 LED日光灯的电源分为内置式和外置式两种。所谓内置式就是指电源可以放在灯管内部。这种内置式的最大优点就是可以做成直接替换现有的荧光灯管，而无需作任何改动。所以内置式的形状都是做成长条形，以便塞进半圆形的灯管中去。 下面先介绍两种内置式，非隔离型和隔离型。 1．非隔离式恒流电源： 非隔离是指在负载端和输入端有直接连接，因此触摸负载就有触电的危险。 目前用得最多的是非隔离直接降压型电源。也就是把交流电整流以后得到直流高压，然后就直接用降压（Buck）电路进行降压和恒流控制。其电原理图如下图所示： 图1. 非隔离恒流源的电原理图 这种非隔离式电源的主要技术特点：从18V到450V的宽电压输入范围，恒流输出；采用频率抖动减少电磁干扰，利用随机源来调制振荡频率，这样可以扩展音频能量谱，扩展后的能量谱可以有效减小带内电磁干扰，降低系统级设计难度；可用线性及PWM调光，支持上百个0.06W LED的驱动应用，工作频率25KHz-300KHz，可通过外部电阻来设定。 非隔离恒流源的优点是简单、指标高，它的输出电流可以按LED串并联的个数决定。但是大多数情况下，它的输出电流不能太大，输出电压也不能太高。例如264个小功率LED连接成22个串联，12串并联，每串20mA，一共240mA。体积也可以做得很小，通常是做成长条形的，以便放进T10或T8的管子里。假如每串的电流是30mA，12并就是360mA。在有些非隔离的电源中就无法实现，为了保持总电流240mA不变，就只能改成8串并联。但假如LED的总数不变，就要求串联的数目增加到33个。这时候总电压就会增加到108.9V。但是通常这种非隔离恒流源的允许的最高输出电压是80V。只能维持原来的22串，这样LED的总数就只能是176颗，即使采用30mA，其总流明数有可能不能满足要求。   图2. 非隔离降压式恒流源的外形照片   通常其效率大约在88-90%之间，功率因素大约在0.88-0.92之间。   然而这种非隔离电源也有一些局限性，因为非隔离的电源会把交流电源的高压引入到负载端，从而引起触电的危险。通常LED和铝散热器之间的绝缘也就靠铝基板的印制板的薄膜绝缘。虽然这个绝缘层可以耐2000V高压，但有时螺丝孔的毛刺会产生所谓的爬电现象，使得难以通过CE论证。   2．隔离式恒流电源：隔离式是指在输入端和输出端有隔离变压器隔离，这种变压器可能是工频也可能是高频的。但都能把输入和输出隔离起来。可以避免触电的危险。这种隔离式的日光灯电源原理图如图3所示。 图3. 隔离式LED日光灯电源原理图   这种隔离式LED日光灯电源外形照片如下图所示， 图4隔离式LED日光灯电源的照片   一般来说，由于加入了变压器，所以隔离式电源的效率会有所降低，通常大约在88%左右。而且变压器的体积也比较大。放进T10灯管还可以，但是放进T8的灯管就比较紧张。



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