近幾年來(lái)，LED照明突飛猛進(jìn)，LED產(chǎn)品的種類和樣式也基本定型。接下來(lái)，LED應(yīng)用型企業(yè)要做的，就是如果提高LED產(chǎn)品的性能和品質(zhì)。其中LED產(chǎn)品的光效，是影響LED產(chǎn)品性能和品質(zhì)的重要參數(shù)。

　　就光效而言，我公司的產(chǎn)品普遍在80lm/W以上，在行業(yè)來(lái)說(shuō)，屬于中等水平。部分產(chǎn)品光效達(dá)到90lm/W，屬中上等水平。

　　在今后，我們要做的工作，就是用大眾的外觀，制造出眾的產(chǎn)品。而“出眾”無(wú)非就是性能和光效。

　　一、緒論

　　早在2012年8月，美國(guó)CREE公司就發(fā)布了一款整燈光效超過(guò)170lm/W的LED球泡燈，功率7.3W，而光通量卻高達(dá)1250lm。不能不說(shuō)對(duì)于LED的光通量，沒(méi)有最高，只有更高。

　　對(duì)于LED應(yīng)用型企業(yè)來(lái)說(shuō)，如何提升LED產(chǎn)品的光效，是我們長(zhǎng)期研發(fā)的課題和方向。

　　近幾年來(lái)，LED照明突飛猛進(jìn)，LED產(chǎn)品的種類和樣式也基本定型。接下來(lái)，LED應(yīng)用型企業(yè)要做的，就是如果提高LED產(chǎn)品的性能和品質(zhì)。其中LED產(chǎn)品的光效，是影響LED產(chǎn)品性能和品質(zhì)的重要參數(shù)。

　　對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)，提高LED產(chǎn)品的光效，也將是勢(shì)在必行。目前LED產(chǎn)品主要包括室內(nèi)的球泡燈，蠟燭燈，射燈，日光燈，筒燈，天花燈，面板燈和工礦燈等，室外燈具主要有路燈，隧道燈和投光燈。

　　就產(chǎn)品的外觀樣式來(lái)說(shuō)，我公司的產(chǎn)品在行業(yè)中屬于大眾類型，沒(méi)有自己的專利設(shè)計(jì)產(chǎn)品。

　　就光效而言，我公司的產(chǎn)品普遍在80lm/W以上，在行業(yè)來(lái)說(shuō)，屬于中等水平。部分產(chǎn)品光效達(dá)到90lm/W，屬中上等水平。

　　在今后，我們要做的工作，就是用大眾的外觀，制造出眾的產(chǎn)品。而“出眾”無(wú)非就是性能和光效。

　　二、LED產(chǎn)品提高光效方法

　　我們以18W的LED日光燈為例，講述如何提高系統(tǒng)的光效。

　　2.1、LED日光燈技術(shù)指標(biāo)

　　18W的LED日光燈，主要技術(shù)指標(biāo)如下：

　　要求以最低的成本實(shí)現(xiàn)最高的光效。

　　基于以上指標(biāo)，將從以下方面進(jìn)行光效的提高。

　　2.2、LED日光燈的方案設(shè)計(jì)

　　所采用2835 LED額定功率為0.2W，最高光通量高達(dá)26lm。理論光效超過(guò)130lm/W。

　　主要技術(shù)指標(biāo)如下：

通過(guò)積分球?qū)υ揕ED的測(cè)試，在不同電流驅(qū)動(dòng)的情況下，其LED的光電參數(shù)如下表：

　　從以上測(cè)試結(jié)果可以看出，LED的光效隨著電流的升高而減小。

　　假設(shè)我們采用50mA的電流來(lái)驅(qū)動(dòng)，則在50mA時(shí)LED的功率為0.149W。 設(shè)電源效率按88%，燈罩出光率為85%。

　　首先計(jì)算LED功率：

　　18.5W×0.88=16.28W

　　考慮到LED的實(shí)際功率情況，折算LED數(shù)量為：

　　16.28W÷0.149W/顆=110顆

　　LED總的光通量為：

　　110顆×20lm/顆=2200lm

　　則系統(tǒng)光效為：

　　2200lm×0.85÷18.5W=101 lm/W

　　所以，從理論上計(jì)算，只需要110個(gè)2835，即可滿足要求。

　　實(shí)際測(cè)試結(jié)果如下圖：

　　實(shí)際結(jié)果光效低于理論光效，是由于內(nèi)部LED燈管內(nèi)部材料對(duì)光線的吸收，以及光線的多次反射后的損失，系統(tǒng)光效會(huì)低于理論的值，需要根據(jù)實(shí)際測(cè)試結(jié)果再進(jìn)行調(diào)整。

　　2.3、采用高光通量或光效的LED

　　根據(jù)前面的理論計(jì)算和實(shí)際測(cè)試的結(jié)果，其光損耗率約為：

　?。?200×0.85-1711）÷2200×0.85=8.5%

　　即出光的利用率為91.5%。

　　假如采用同樣在50mA驅(qū)動(dòng)電流條件下，光通量為22lm的LED，其他條件不變，則最后的光通量和光效為：

　　LED總的光通量為：

　　110顆×22lm/顆=2420lm

　　則系統(tǒng)光效為：

　　2420lm×0.915×0.85÷17.9W=105 lm/W

　　此時(shí)由于已考慮了內(nèi)光光損耗等因素，結(jié)果與實(shí)際測(cè)試基本上一致。

　　2.4、增加LED數(shù)量

　　在不能采用更高光通量的LED的情況下，可以采用增加LED數(shù)量的方式來(lái)進(jìn)行提高光效。

　　在電源驅(qū)動(dòng)電流不變的情況下， LED數(shù)量增加，功率不變，單顆LED的驅(qū)動(dòng)電流降低，LED的光通量增加，LED光效增大。

　　假如將LED數(shù)量提高到132顆，驅(qū)動(dòng)電流不變，則LED的功率不變。

　　則單顆LED的功率為：

　　16.28W÷132=0.123W

　　對(duì)應(yīng)關(guān)系表中可以看出，單顆LED的驅(qū)動(dòng)電流約為42mA，單顆光通量為17.5lm。

　　則總的光通量為：

　　132顆×17.5lm/顆=2310lm

　　則系統(tǒng)光效為：

　　2310lm×0.915×0.85÷17.9W=100.36 lm/W

　　實(shí)際測(cè)試結(jié)果與此計(jì)算結(jié)果相同。

　　2.5、提升電源轉(zhuǎn)換效率

　　電源的參數(shù)均不變，只是轉(zhuǎn)換效率提高，則燈具的功率減小，其他光參數(shù)均不會(huì)改變。

　　如電源效率提高到92%，光通量不變，則整燈功率為：

　　17.9W×0.88÷0.92=17.1W

　　則系統(tǒng)光效為：

　　2200lm×0.915×0.85÷17.1W=100 lm/W

　　2.6、采用高透光率的透鏡或透光罩

　　LED日光燈的透光罩的透光率只有85%，如果采用更高透光率的透光罩，比如透光率90%的透光罩，則日光燈的出光光通量將大大提高。

　　系統(tǒng)光效為：

　　2200lm×0.915×0.9÷17.9W=101.2 lm/W

　　可見，提高燈罩的出光效率，可以同樣達(dá)到提高光效的目的。

　　2.7、增加反光膜

　　在燈管內(nèi)部貼反光膜，其主要目的是減少燈管內(nèi)部光線的自吸收和增加出光。實(shí)際測(cè)試結(jié)果，在貼了反光膜和沒(méi)有貼反光膜的對(duì)比此時(shí)數(shù)據(jù)，貼了反光膜整燈的光效將在原來(lái)的基礎(chǔ)上提高5 lm/W。從而也能達(dá)到光效100lm/W。

　　2.8、調(diào)整LED與透光罩之間的距離

　　所謂強(qiáng)弩之末勢(shì)不能穿魯縞者也。光的傳輸機(jī)理也與此相同。透光罩與LED之間的距離越近，LED能量越大，穿透透光罩的光也越多，整燈的光效也相對(duì)較高。

　　但對(duì)某些場(chǎng)合的應(yīng)用，有需要考慮照明應(yīng)用的效果。如日光燈，LED與透光罩距離太近，可能會(huì)出現(xiàn)點(diǎn)亮是能看見內(nèi)部的LED光點(diǎn)，對(duì)應(yīng)用的效果不是很好。

　　2.9、處理好LED散熱

　　下圖是LED結(jié)溫和光通量輸出的曲線圖。從曲線圖中可以看出，隨著LED結(jié)溫升高，LED的光通量會(huì)降低，而功率基本不變，從而光效會(huì)降低。

　　所以，要獲得較高的光效，保證LED的散熱也是重要的因素。通常，LED封裝廠家給定的LED相關(guān)參數(shù)，均是在LED結(jié)溫為25℃的條件下得出的，而我們?cè)贚ED的使用過(guò)程中，LED的實(shí)際結(jié)溫均在70-80左右。這就是說(shuō)，我們使用LED的時(shí)候，其實(shí)際的光通量就已經(jīng)只有標(biāo)定的90%左右了。

　　三、結(jié)論

　　3.1、成本核算

　　針對(duì)以上幾種提高光效的方案，核算成本如下：

　　【注】以上為主要材料成本價(jià)格，不含鋁基板，人工和加工費(fèi)。

　　可見，在所有方案中，增加LED數(shù)量所增加的成本費(fèi)用最高，而采用增加反光膜的方式增加的成本最少。

　　3.2、結(jié)論

　　從以上分析結(jié)果可以看出，雖然是以增加LED日光燈的光效為最終目的，可以實(shí)現(xiàn)的方法很多。各種方法都有各自的優(yōu)點(diǎn)和不足，在此沒(méi)有一一說(shuō)明。

　　對(duì)于企業(yè)而言，要實(shí)現(xiàn)降本增效，以最低的成本實(shí)現(xiàn)最好的照明方案，才是切實(shí)可行的最佳方案。

　　綜上所述，對(duì)于LED光效的提升，需要綜合成本，性能，照明效果進(jìn)行設(shè)計(jì)考慮，選取性價(jià)比最高的方案，才能實(shí)現(xiàn)最佳的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。
 

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