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1、LED灯的应用分析20世纪5 0年代，英国科学家在实验里发明丫第一个L E D (Light Em i t t i n g Diode)发光二极管，在其后的年代里，每隔十年，L E D技术就 有一个新的突破，科学技术的力量将L E D推上一个新的舞台。把它从实验室推到仪 表指示灯，又从指示灯跨到照明领域，其发展速度之快是空前绝后的，灼灼逼人的姿 态大有取代常规照明的气势。LE D为什么颇受照明界青睐，得到如此关注？其主要原因是它特有的优点所致一节 能、高效、环保、寿命长、适用性好等。但是，任何事物都是一分为二的，LED具冇无比的优点，也是冇不足之处，实践是 检验LED性能的标准。近年来，竣工了
2、很多L E D照明工程，在工程应用上发现一 些问题，主要问题如下：(1) 照明回路中，LED灯数量多，不易合闸。(2) 照明线路较长，LED灯发光不稳定，有频闪现象。(3) 灯具寿命标称1 0万小时这种说法不妥。既然发现了问题，就要解决问题，解决问题，就要找出问题的原因。要弄清以上问题 的原因，首先要丫解LED的特性，下面针对以上问题进行分析。1 LED具有半导体二极管的待征LED实际上是发光二极管，它是半导体二极管的一种。LED是由P型半导体和N 型半导体晶体组成，它们之间形成一个PN结。当给L E D加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子， 在PN结附近分别与N区的
3、电子和P区的空穴复合，复核过程中，电子释放能量，在 数pm范围内激发出荧光，把电能转换成了光能。电子和空穴复合时释放出能量，释放出能量的多少，决定了LED发光的波长，能量 释放越多，光的波长越短，不同的波长呈现出不同的颜色。1.1 LED具有半导体二极管的伏安特性(1 )正向特性在LED灯PN结上加上正向直流电压V f,电压由0 V逐步增大，即电压0V f V s时，正向电压小于触发电流，即外电场电动势不足以克服PN结的内电动势时， 正向电流为零，不发光。当V f s时，外电场电场增大，内电场电场相对减弱，产生正向电流I f,电流随着电压升高而增大，其电流极限参数范围内流过L E D的电流越大
4、，它的发光亮度 越高。但是，当电压达到一定值V t h时，电流不再增大。这个过程中，温度随着电流值的增大也增高。当外加电压超过LED额定电压或超过 允许最大的正向直流电流值时，P N结就被烧坏。不同颜色的LED灯，额定电压 不同，白色3. 03. 3 V；红色1. 82. 2 V；蓝色3 . 03. 2V;绿 色 2. 9 3. IV;黄色 1. 8 2. 0 V.一般L E D工作电流选择应不大于0 . 6 I F。普通的L E D电流一般为2 0 mA, 大功率的L E D电流一般为4 0 mA3 5 0 mA.（2）反向特性在L E D灯PN结上加上反向直流电压，当VBRV0时，反向电流
5、很小，II基 本不随反向电压的变化而变化，反向电流趋于饱和。当PN结的反向电压增加到一定数值时（VDSVB R），反向电流突然快速增加， 超过此值发光二极管可能被击穿损坏。此现象称为P N结的反向击穿。1. 2温度特性L E D灯在正常工作环境温度范围内，温度越高，亮度越小，低于或高于此温度范围, LED灯将不能有效工作，效率会大大降低。在生产工艺中，LED芯片很脆弱，焊 接温度要求在2 5 0 C以下，吋间控制在35 S之间。否则，L E D芯片就被烧毁。2 LED灯具（1）额定电压一般L E D灯具额定电压为1 2 V和2 4 V。1 2 V白色L E D灯具的光源由三颗L ED灯串接为一
6、组。2 4 V白色LED灯具是由6颗LED串接为一组。为了能有效 控制电路中的电流，使电压平稳，须在电路中配罝限流电阻，同时，使各并联支路的 亮度趋于均匀。（2）额定功率根据照明要求，生产出不同功率的灯具，灯具的功率的大小，是由并联的LED灯串 决定，将数组LED灯串并联，构成灯具的额定功率，并联的灯串越多，功率越大。（3）开关电源L E D灯工作电流为直流，只有直流电源才能驱动L E D点亮，保证L E D发光的连 续性，然而，电力系统供照明电源为交流2 2 0 V,因此，要想点亮LED灯具，必须将2 2 0 V交流电变为1 2 V或2 4 V直流电，这样L E D灯具须有一个开关电源 供电
7、，无论是球状LED灯，还是其它形LED灯，都离不开开关电源，只不过是开 关电源大小、形状、安装位置而异。所以，开关电源是LED灯具不可分割的附件。开关电源种类很多，有恒流式，稳压式，脉宽调制式（PWM），综合比较，脉 宽调制式是比较理想的L E D电源。（4）LED灯具的功率因数LED灯本身不存在功率因数的问题，只是含有开关电源后，才导出功率因数概念。 组成幵关电源的电路将交流2 2 0 V电，整流为直流1 2 V或2 4 V电，经过降压、 整流、稳压的全过程，这个过程中，线路中的电感、电容元件进行了一系列的能量的 变换，由于电压、电流的相位差，有功率角的存在，反映出有用功、无用功和视在功 率
8、功率的值。用功率因数来表达有用功、无用功、视在功率之间的关系，体现灯具效 率的高低。FI前，由于生产成本问题，大多开关电源的功率因数比较低，一般在0 . 7 5左右，只有采用了 PFC功率因数校正技术的幵关电源，才能有较高的功率因数， 最高可达到0 . 9 9。（5）高次谐波开关电源电路的整流二极管电流是非线性的，电路中含有多个电感、电容元件，线路 的结构具备了产生高次谐波的因素，电容器对谐波电流起了放大作用，可放大2至5 倍，感应线圈和电容器回路的R C电路容易产生谐振，电流谐振时，高次谐波电流 会放大很多倍，其至数十倍。3问题分析（1）照明回路中，LED灯数量多，不易合闸。根据低压配电设计
9、规范G B 5 0 0 5 4 9 5第4 . 3 . 4条，照明回路过电 流保护应当遵守以下规定：IB 彡 In 彡 Iz 12 彡 1. 4 5 I z式中，I B线路计算负载电流（A）;I n熔断器熔体额定电流或断路器额定电流或整定电流（A）;I z 导体允许持续载流量（A）:I 2保证保护电器可靠动作的电流（A）。当保护电器为低压断路器时，I 2为约定时间内的约定动作电流；当为熔断器时，人为约定时间内的约定熔断电流。照明回路一般选择C曲线型断路器，C曲线脱扣电流为（51 0） I n,在室内照 明设计中，每个冋路不超过2 5个灯具，这种情况下，不易出现合不上闸的问题，但 在室外夜景照明
10、中，L E D灯选用数十个或上百个L E D灯时，就会出现合不上闸的 问题。通过以上对LED具的分析，原因如下：其一，一般照明冋路里，开关整定电流小于或等于计算电流的1. 4 5倍，室内照明 回路中，LED灯数量少，回路中高次谐波电流和棊波电流叠加成的电流不足超过断 路器瞬间合闸电流的保护值。但是，在外景照明回路中，LED灯较多，开关电源产 生电流的高次谐波之和较大，高次谐波电流和基波电流叠加后的电流值，大于51 0倍的计算电流值。其二，一般照明回路里，负载的功率因数COS?值取0. 9,但在LED灯的回路 里，COS*值达不到0. 9,如果按0. 9计算，计算电流小于实际电流。综上所述，LE
11、D回路中，实际电流要大于计算电流，就出现不能合闸的现象。如何避免这个问题呢？根据实际情况，可选择以下方法：1）选用功率因数高、高次谐波含量少的开关电源。2）减少照明冋路L E D等的数量。3）分段控制、分步启动。4）选用D型曲线的断路器。5）适当增大断路器整定值。（2）照明线路较长，LED灯发光不稳定，有频闪现象。在电路中，只要有负载，就会产生电压降，线路越长，线路本身的电阻值也越大，电 压降也越大。从L E D灯伏安特性曲线可看山，使L E D灯点亮的触发电压是一个恒 定值，低于其值LED灯就点不亮；如果高于导通电压值而低于额定电压时，在这个 中间值时，LED灯虽可以点亮，但不能有效工作，会
12、出现闪烁现象。另外，LED灯的开关电源虽然有稳压的功能，但是对电压调节范围是有限的，如果 照明回路电压偏离LED灯的额定电压，开关电源调压幅度达不到要求时，LED灯 就不能正常工作，也会出现频闪现象。其次，L E D灯开关电源整流质量也影响L E D灯具的工作状态，开关电源电路为整 流波形不平滑，LED灯也会出现闪烁现象。解决L E D灯频闪现象办法有：1）加大电缆、导线截面，降低电压降。2）选用稳压功能好的开关电源。（3）灯具寿命灯具寿命是一个总体概念，它包括三部分，一部分是光源部分，另一部分是开关电源 部分，第三是灯具部分，三部分合起来称其灯具的寿命。光源部分比起开关电源部分 寿命长，理论计算1 0万小时是可能的，但它的寿命不应当按其熄火时算起，如果发 光强度将至5 0 %,应当是寿终正寝丫。开关电源是一个直流稳压线路，构成线路的元器件中，元器件的寿命也是致命的一条， 特别是电解电容，它是最容易损坏的，内部温度升每升高1 0 C，寿命就减少5 0 %。灯具部分，根据当前使用情况，一些灯具存在漏水情况，由于漏水，造成电路短路， 使灯具烧坏。另外，由于灯体过于密集，电光转换时的余热不能很好地得到疏散，使 整个灯具效率降低。解决办法：1）开关电源选择该质量的元器件，提高技术水平。2）提尚灯具的防护能力，同时提尚散热能力。
