LED灯具技术介绍及同类产品比较

北京瑞阳安科技术有限公司-防爆LED技术介绍及同类灯具产品比较 一、北京瑞阳安科技术有限公司- LED技术介绍 1、LED封装技术 (1)白光原理 我公司LED均采用国际先进的荧光激发-白光技术,而非传统厂家采用的RGB三原色混合-白光技术,所以LED的光效极高,显色性好。 荧光激发-白光技术三原色混合-白光技术 (2)封装结构:采用一体化导热基板真空贴装技术,散热性能好,寿命长; 2、LED散热技术 说明:LED的PN节在发光的过程中,未转换为光能的 电子会转为热能向外扩散,若此热量没能有效的被传导 出去,则会对LED发光芯片本身造成热衰减,甚至烧 毁芯片,所以要对LED产生的热能进行有效的散热措 施,以保障LED的光效及寿命。 普通电路板使用绝缘材料 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面添加导电材质的结 构不利于LED的散热,所以针对LED的散热需求而设 计了铝制电路板,这种结构通过导电层下部的绝缘导电 层将LED自身发出的热量传导致下方的铝制基板,以 达到扩散热能的目的。 (普通电路板)(铝基板) (铝基板结构说明) (LED散热原理) 3、LED二次光学处理技术 由于LED自身出光角度较小,所以防爆LED路灯灯头在 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 时采用立体出光结构,以有效均匀分布LED出光角度,达到合理的照明效果。 (灯头出光面示意图) (灯具照明效果图) 4、LED驱动技术 (1)降压部分采用隔离结构,高压输入后经PWM+MOS器件脉宽调制降压,转换效率大于86%; (2)恒流驱动采用FLYBACK拓扑结构,谷值采样,输入输出调整率可达到±5%,通过国际认证,可满足各种环境条件中的长期应用。 (3)降压电路与恒流驱动电路采用一体化设计,安装于灯具接线腔内并经过加强防水处理,在因呼吸效应等不良坏境条件造成的灯具接线腔意外进水情况下也可保证较长时间的正常工作。 5、外壳防爆技术 灯具整体为隔爆结构,享有国 家防爆认证,采用LED专用散热 专利技术结构、铝制一体化铸造成 型、防护等级IP65、所有外露固定 器件均使用高防腐不锈钢材料制 成; 6、LED技术指标 (1)温效特性曲线(结温对发光效率的影响) (2)电学特性 (3)光通量与相对电流值 (4)空间出光曲线 7、专业的LED表面贴装技术 LED是精密电子元器件,在产品的生产加工过程中需要采用精密的仪器设备及可靠的加工工艺以保证其长期可靠工作; (1)精确控制湿气敏感度 在保存期间,LED芯片使用密封防潮袋(MBB)包装,以延长储存期限。如果在打开MBB包装之后,但在焊接之前, LED暴露于潮湿的环境中,则在焊接过程中,LED可能会发生损坏。下面的降级表规定了LED 可以暴露在所列的湿度和温度条件下的最长时间(以天为单位)。暴露时间超出下面规定时间的LED必须依照下面所列的烘焙条件进行烘焙。将部件储存在干燥、经过氮气净化的柜子或容器中,并要求柜子或容器能有效将相对湿度保持在20%以下。 (2)自动化贴装机 使用特制吸嘴的贴装机将LED从卷盘中自动取出,在加工过程中吸嘴只会碰到透镜而不会对其它部位进行接触,可防止静电对LED造成损坏; 特制贴装机吸嘴 (3)严格的回流焊工艺 1)工艺要求 (焊接温度曲线,符合JEDEC J-STD-020C 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ) (回流焊机过焊控制参数) 2)焊膏厚度要求 焊膏厚度应在1密耳至2密耳之间,如果焊膏厚度超过2密耳,会导致LED封装在回流焊过程中出现滑移,同时也会在焊盘旁边出现细小的焊球,而影响焊接质量,所以我们在焊膏涂抹过程中使用了专用模具进行焊膏涂覆以精确控制用量。 (图式:焊膏涂抹的要求) 六、与其他厂家灯具比较 1、配置比较 (北京瑞阳安科-BLL8205-E600防爆LED路灯)(某公司-BAD84-100型LED灯具) 配置项 北京瑞阳安科 BLL8205-E600 防爆LED路灯 某公司 BAD84-100型 LED灯具 性能对比 北京瑞阳安科 -BLL8205-E600 防爆 LED路灯 某公司-BAD84-100型 LED灯具 防爆标志ExdIIBT4 ExdIICT6 防爆等级B型、T4 C型、T6 额定功率40W 100W 耗电量较低较高 替换金卤灯功率数350W 100W 节能比例 光效较高错误!未找 到引用源。,节能60% 以上 光效较低,几乎等同 于传统灯具 配用光源单颗LED光源 2W*20颗 单颗LED光源 100W*1颗 配置方式便于散热 发光效率低错误!未 找到引用源。,且对 LED散热错误!未找 到引用源。存在严重 隐患 LED使用 寿命 (25C o) 100000小时50000小时使用寿命长短 散热结构高导热铝材特制 散热一体化铸造 结构 铝型材与铜组 成的散热结构 散热性能 一体化特制散热铸造 结构,散热性能好 多种材质组成的散热 结构造成热阻较高, 带来整体散热性能差 重量 5.2kg 7.3Kg 重量正常较重 2、重点说明: 错误!未找到引用源。发光效率: 发光效率是指光源所发出的总光通量与该光源所消耗的电功率的比值,代表光源将所消耗之电能转换成光的效率,在LED技术中,核心技术对LED发光效率有着本质性的影响,白光LED核心技术均为国外厂家掌握,国内厂家只能完成后期封装工艺,其内部芯片均从国外采购,但国际大厂的高端产品不会轻易出口,所以我公司通过与国际大厂进行长期的技术合作,引入了目前最先进的融入新型航天技术的高光效原厂封装LED器件,其发光效率是国内产品的2-3倍,可以有效达到高效节能的目的。 错误!未找到引用源。散热性能对发光效率的影响: 高亮度LED最佳光效功率点为1-2W(3.3V/330mA-660mA),若大幅加大工作功率,会使工作电流随之上升,散热能力超出负荷,导致LED结温上升、发光效率下降(见温效特性曲线图); 错误!未找到引用源。散热对使用寿命的影响: 多颗LED芯片集中封装到一起的形式会造成LED芯片平均散热面积减小,热量的聚集会使LED PN结电子游离速度加快,导致发光效率下降,随 之而来的则是由于效率下降而产生的更多的电能没有转化为光能而是变为热 量的恶性循环,致使LED PN结迅速老化,甚至烧毁。 3、节能对比 设:使用100盏灯具 每日使用时间:13小时 工业用电:0.8元/kwh 灯具型号总功率日耗电量年耗电量年缴电费节省电量节省电费BLL8205-E600 4000w 52kwh 18980kwh 15184元28470kwh 22776元 BAD84-100 10000w 130kwh 47450kwh 37960元0 0 以上计算结果:同样使用100盏灯具的情况下,使用BLL8205-E600 型防爆LED路灯,将比BAD84-100型防爆灯具每年节省耗电量 28470kwh,节省电费22776元。 二、照明的基本参数知识 1)光通量(lm) 由于人眼对不同波长的电磁波具有不同的灵敏度,我们不能直接用光源的辐射功率或辐射通量来衡量光能量,必须采用以人眼对光的感觉量为基准的单位 ----光通量来衡量。光通量用符号Φ表示,单位为流明(lm)。 (2)发光强度(cd) 光通量是说明某一光源向四周空间发射出的总光能量。不同光源发出的光通量在空间的分布是不同的。发光强度的单位为坎德拉,符号为cd,它表示光源在 某单位球面度立体角(该物体表面对点光源形成的角)内发射出的光通量。1 cd = 1 lm/1 sr (sr:立体角的球面度单位),40 W白炽灯正下方具有约30 cd的发光强 度。而在它的上方,由于有灯头和灯座的遮挡,在这方向上没有光射出,故此方 向的发光强度为零。 (3)照度(lx) 对于被照面而言,常用落在其单位面积上的光通量多少来衡量它被照射的程度,这就是照度,符号为E,它表示被照面上的光通量密度。当光通量Φ均匀分布在被照表面A上时,则被照面的照度为E=Φ/A。照度单位为勒克斯,符号为lx,它等于1 lm的光通量均匀分布在1平方米的被照面上,1 lx =1 lm/m⒉。 (4)亮度(cd/m⒉) 亮度是表示眼睛从某一方向所看到物体发射光的强度。单位为坎德拉/平方米[cd/m2],符号为L,表明发光体在特定方向单位立体角单位面积内的光通量,它等于1平方米表面上发出1坎德拉的发光强度。 (5)色温( Co1or Temperature ) 当光源所发出的光的颜色与黑体在某一温度下辐射的颜色相同时,黑体的温度就称为该光源的色温,用绝对温度K表示。当光源所发出的光的颜色与黑体在某一温度下辐射的颜色接近时,黑体的温度就称为该光源的相关色温。由于气体放电光源一般为非连续光谱,与黑体辐射的连续光谱不能完全吻合,所以都采用相关色温来近似描述其颜色特性。一个光源之色温被定义为与其具有相同光色的“标准黑体(black body radiator)”本身之绝对温度值,此温度可以在色度图上之普朗克轨迹上找到其对应点。不同光源的不同光色组成最佳环境见下表1-1,不同光源环境的相关色温见下表1-2 表1-1 不同光源的不同光色组成最佳环境 色温光色气氛效果 >5000K 清凉(偏蓝的白色) 凉爽的气氛 3300-5000K 中间(白色) 爽快的气氛 <3300K 温暖(偏红的白色) 稳重的气氛 表1-2 不同光源环境的相关色温 光源色温[K] 光源色温[K] 北方晴空8000-8500 高压汞灯3450-3750 阴天6500-7500 暖色荧光灯2500-3000 夏日正午阳光5500 卤素灯3000 金属卤化物灯4000-4600 钨丝灯2700 下午日光4000 高压钠灯1950-2250 冷色营光灯4000-5000 蜡烛光2000 (6)显色指数(Color Rendering Index ) 太阳光和白炽灯均辐射连续光谱,物体在太阳光和白炽灯的照射下,显示出它的真实颜色,但当物体在非连续光谱的气体放电灯的照射下,颜色就会有不同程度的失真,我们把光源对物体真实颜色的呈现程度称为光源的显色性。显色指数为对象在某光源照射下显示之颜色与其在参照光源照射下之颜色两者之相对差异,其数值的评定法为分别以参照光源及待测光源照在DIN6169所规定之八个色样上逐一作比较并量化其差异性;差异性越小,即代表待测光源之演色性越好,平均演色性指数Ra为100的光源,可以让各种颜色呈现出如同被参照光源所照射的颜色,Ra值越低,颜色越失真。常用灯种的显色指数见表1-3。 表1-3 以下是常用灯种的显色指数 灯的种类演色性Ra 灯的种类显色性Ra 白炽灯100 金卤灯65-93 卤坞灯100 荧光灯51-95 高压纳灯42-52 高压汞灯25-60 节能灯85 低压钠灯25 (7)发光效率(Luminous efficacy,η) 光源所发出的总光通量与该光源所消耗的电功率的比值,代表光源将所消耗之电能转换成光之效率,单位为流明每瓦[lm/W]。发光效率是LED用作光源一个非常重要的指标,直接关系到LED的使用成本和与传统光源的竞争力。 三、LED基本知识 1、LED概述 LED(Light Emitting Diode),又称发光二极管,它们利用固体半导体芯片作为发光材料,当两端加上正向电压,半导体中的载流子发生复合,放出过剩的能量而引起光子发射产生可见光,能量转化效率非常高,理论上可以达到白炽灯5%的能耗,相比荧光灯,LED也可以达到70%的节能效果,LED采用固体封装,结 构牢固,寿命达10万小时,是荧光灯的10倍,白炽灯的100倍。 (1) LED的发展历史 应用半导体PN结发光源原理制成LED问世于20世纪60年代初,1964年首先出现红色发光二极管,之后出现黄色LED。直到1994年蓝色、绿色LED才研制成功。1996年由日本Nichia公司(日亚)成功开发出白色LED。 LED以其固有的特点,如省电、寿命长、耐震动,响应速度快、冷光源等特点,广泛应用于指示灯、信号灯、显示屏、景观照明等领域,在我们的日常生活中处处可见,家用电器、电话机、仪表板照明、汽车防雾灯、交通信号灯等。 近几年来,随着人们对半导体发光材料研究的不断深入,LED制造工艺的不断进步和新材料(氮化物晶体和荧光粉)的开发和应用,各种颜色的超高亮度LED取得了突破性进 展,其发光效率提高了近1000倍,色度方面已实现了可见光波段的所有颜色,其中最重要的是超高亮度白光LED的出现,使LED应用领域跨越至高效率照明光源市场成为可能。 曾经有人指出,高亮度LED将是人类继爱迪生发明白炽灯泡后,最伟大的发明之一。 (2) LED发光的原理 发光二极管主要由PN结芯片、电极和光学系统组成。其发光体——晶片的面积为 10-12mil(1mil=0.0254平方毫米),其发光过程包括三部分:正向偏压下的载流子注入、复合辐射和光能传输。微小的半导体晶片被封装在洁净的环氧树脂物中,当电子经过该晶片时,带负电的电子移动到带正电的空穴区域并与之复合,电子和空穴消失的同时产生光子。电子和空穴之间的能量(带隙)越大,产生的光子的能量就越高。光子的能量反过来与光的颜色对应,可见光的频谱范围内,蓝色光、紫色光携带的能量最多,桔色光、红色光携带的能量最少。由于不同的材料具有不同的带隙,从而能够发出不同颜色的光。 LED发展历史已经几十年,但在照明领域的应用还是新技术。随着LED技术的迅猛发展,其发光效率的逐步提高,LED的应用市场将更加广泛,特别在全球能源短缺的忧虑再度升高的背景下,LED在照明市场的前景更备受全球瞩目,被业界认为在未来几年成为最被看好的市场以及最大的市场将是取代白炽灯、钨丝灯和金卤灯的最大潜力商品。 LED优缺点 (1)优点 LED光源具有使用低压电源、耗能少、适用性强、稳定性高、响应时间短、对环境无污染、可多色发光、每瓦可以达到150LM光衰3%/8000小时。LED的内在特征决定了它是最理想的光源去代替传统的光源,它有着广泛的用途。 ①体积小 LED基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面,所以它非常的小,非常的轻。 ②耗电量低 LED耗电非常低,一般来说单颗LED的工作电压是2-3.8VDC。工作电流是 0.02-0.4A。这就是说:它消耗的电不超过1.6W。 ③使用寿命长 在恰当的电流和电压下,LED的使用寿命可达10万小时。 ④高亮度、低热量,环保 LED是由无毒的材料制作而成,不像荧光灯含水银会造成污染,同时LED 也可以回收再利用。 ⑤坚固耐用 LED是被完全的封装在环氧树脂里面,它比灯泡和荧光灯管都坚固。灯体内也没有松动的部分,这些特点使得LED可以说是不易损坏的。 (2)超高亮LED的特点 与传统的照明灯相比,超高亮LED具有如下优点: ①寿命长 可靠耐用,维护费用极为低廉。LED可连续使用100000h,比普通白炽灯泡长100倍; ②高效率 现在已经可以达到150 1m/w.预计到2010年将达到250 1m/W[1],LED 的光谱几乎全部集中于可见光频段,其发光效率可达90%,LED比节能灯还要 节能; ③色彩鲜艳 光色单纯以12英寸的红色交通信号灯为例,它采用低光效的140W白炽灯作为光源,所产生的2000lm的白光经红色滤光片后,光损失90%,只剩下2001m 的红光,而在Lumileds Lighting公司采用18个红色LED光源设计的灯中,包括电路损失在内,仅耗电14W,即可产生同样的光效; ④点亮速度快 汽车信号灯是LED光源应用的一个重要领域,由于LED响应速度快(ns级),在汽车上安装高位LED刹车灯,可以减少汽车追尾事故的发生。 近年来高亮LED已经在汽车的近光灯中得到了应用,例如德国奥迪公司的奥迪A86.O,意大利Fioravanti公司在2003年日内瓦车展上推出的概念车Y ak,美国福特公司不久前在底特律车展上推出的Model U都开始将高亮LED用于前照灯的设计中。 (3) LED在照明产品中的优势 LED光源除了无汞、节能、节材、对环境无电磁干扰、无有害射线等优点外,在照明领域中还有很多出类拔萃的优势。如: ①低压供电 无高压环节,为了绝缘的开销要小很多,可靠性高; ②附件简单 无启动器、镇流器或超高压变压器; ③结构简单 具有固体光源的最大优点,不充气,无玻璃外壳,无气体密封问题,耐冲击; ④色彩纯厚 由半导体PN结自身产生色彩,纯正,浓厚,柔和不刺眼; ⑤色彩丰富 三基色加数码技术,可演变任意色彩; ⑥体积小巧 大的LED灯具可看成有LED细胞组成,最小的LED仅为平方毫米数量级适应点、线、面、球、异形体乃至任意艺术造型的灯光雕塑照明要求; ⑦勿需维护 10万小时寿命,可以使用50年,大大减少使用期间的维护费用; ⑧能实现跳变、渐变、同步等色彩变化,通过程序控制实现文字、图案显示。 (4)缺点 尽管超高亮LED具有许多优点,但目前仍存在下述缺点: ①单体功率低 市面上的单体(单颗PN节)LED功率一般在5W以下,还没有出现更大功率的LED,这是目前LED难以成为照明首选的最大瓶颈; ②需要严格控制温度 LED是一种半导体材料,与普通二极管一样具有PN结,由于高亮二极管的功率相对比较大,所以与功率半导体器件相同,需要考虑散热问题,结温过高会直接影响LED的寿命,并且会增大LED的光衰,情况严重的会将LED烧坏。 ③价格高 价格较现有照明器材昂贵,价格是LED难以成为照明的主要因素,虽然LED 目前已被大多数人认识,也被多数人看好,但其高昂的价格难以被消费者接受;如果将几十个单体LED组合,其成本将大大增加,如把一个LED安装在一般灯里,其单价就相当于一般灯具的几倍,LED要成为未来照明的主流光源,就一定要朝着高效率方向发展,成本才有可能降低,市场才有可能突破。 虽然价格较现有照明器材昂贵,仍被认为是它将不可避免地替代现有节能照明器件。 四、LED灯具与金卤灯比较 1、发展趋势 照明用白光大功率LED的基本特点是发光效率高,耗电量少、节能,结构牢固,体积更小、直流驱动、健康,有利环保,使用寿命长,显色性好、易调光。因此LED是照明节能的最佳选择,大功率LED必将取代传统照明灯。且节能降耗,符合党和国家的方针政策。 初期投入上,采用LED灯具比用金卤灯费用略高,但在运作维护上LED优势明显,运作20个月左右即可收回初期投入所高出的成本。(高品质LED 100000小时内无维护费) 2、金卤灯与LED灯具技术性能对比表 对比 金卤灯LED 项目 配光性能一般优秀 散热性能不高优秀 电气性能易触电(高压)安全(低压) 使用寿命短(一年)极长(10年) 功耗高低 是否需配镇流器、触发器是否 启动速度慢(5分钟左右)快(通电即亮) 频闪有(交流驱动)无(直流驱动) 出光效率低(<60%)高(>90%) 显色性一般(Ra>70)好(Ra>90) 色温不舒适舒适不良眩目强无 光污染强无 灯罩发黑容易不会灯罩老化发黄极快不会耐震性能易破损好(无灯丝与玻璃) 环境污染严重无 维护成本高极低 产品尺寸大而笨拙小而美观 产品重量重轻 性价比一般高 综合性能一般优秀