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LED节能灯原理解析

来源: /  作者:   时间: 2016/11/29 11:59:57

  LED即半导体发光二极管,LED节能灯是用高亮度白色发光二极管发光源,光效高、耗电少,寿命长、易控制、免维护、安全环保;是新一代固体冷光源,光色柔和、艳丽、丰富多彩、低损耗、低能耗,绿色环保,适用家庭,商场,银行,医院,宾馆,饭店他各种公共场所长时间照明。无频闪直流电,对眼睛起到很好的保护作用,是台灯,手电的最佳选择。

  50 年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识,第一个商用二极管产生于 1960 年。 LED 是英文 light emitting diode (发光二极管)的缩写,它的基本结构是一块电致发光的半导体材料,置于一个有引线的架子上,然后四周用环氧树脂密封,起到保护内部芯线的作用,所以 LED 的抗震性能好。

  

  工作原理

  发光二极管的核心部分是由 p 型半导体和 n 型半导体组成的晶片,在 p 型半导体和 n 型半导体之间有一个过渡层,称为 p-n 结。在某些半导体材料的 PN 结中,注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来,从而把电能直接转换为光能。 PN 结加反向电压,少数载流子难以注入,故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管,通称 LED 。当它处于正向工作状态时(即两端加上正向电压),电流从 LED 阳极流向阴极时,半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线,光的强弱与电流有关。

  

  功能特点

  LED照明灯具有如下特点

  1、高纯度,鲜艳丰富的色彩。目前LED产品几乎覆盖了整个可见光谱范围,且色彩纯度高。      而获得彩色光的传统方式是白炽灯加滤光片,大大降低了光效。

  2、超长寿命。LED的实际寿命超过5万小时,为一般光源的几倍甚至几十倍。

  3、光源中没有水银,光束中不含紫外线。LED是固体发光光源,绿色环保,特别适用于香  水店、珠宝店、博物馆、美术馆等专业场所,可满足其展示商品对照明的特殊要求。

  4、固体发光,抗震性能好,牢固可靠。

  5、节能,经济,免维护。

  6、动态的色彩控制,明暗可调,三原色的LED组合可采用PWM实现颜色的变化。

  7、LED有很强的发光方向性,光通量利用率高,且体积小,易于LED灯具的外观设计和光强分布的控制。

  8、LED可采用直流低压供电,安全可靠。

  9、LED不受启动温度限制,可暂态启动,一般为几个ms,且能暂态达到全光通量输出。

  

  LED主要结构因为用途的不一用,其主要结构也有所变动,下面将主要介绍家居用LED节能灯泡主要结构:

  配光系统——由LED灯板(发光源)/导热板、均光罩/灯壳等结构组成;

  散热系统——由导热板(柱)、内外散热器等结构组成;

  驱动电源——由高频恒流源、线性恒流源构成,输入为市电交流电;

  机械/防护结构——由散热器/外壳、灯头/绝缘套、均光罩/灯壳等结构组成。

  此外,按照两者总体的结构特点,又可以分为:

  白炽灯泡——单一整体式;

  LED灯泡——整体式/分裂式/多头组合式等多种形式

  

  LED节能灯泡的组成还有其他因素:

  1. 电压:LED使用低压电源,供电电压在6-24V之间,根据产品不同而异,所以它是一个比使用高压电源更安全的电源,特别适用于公共场所。

  2. 效能:消耗能量较同光效的白炽灯减少80%。

  3. 适用性:很小,每个单元LED小片是3-5mm的正方形,所以可以制备成各种形状的器件,并且适合于易变的环境。

  4. 稳定性:10万小时,光衰为初始的50%。

  5. 响应时间:其白炽灯的响应时间为毫秒级,LED灯的响应时间为纳秒极。

  6. 对环境污染:无有害金属汞。

  7.颜色:改变电流可以变色,发光二极管方便地通过化学修饰方法,调整材料的能带结构和带隙,实现红黄绿兰橙多色发光。如小电流时为红色的LED,随着电流的增加,可以依次变为橙色,黄色,最后为绿色。

  8. 价格:LED的价格比较昂贵,较之于白炽灯,几只LED的价格就可以与一只白炽灯的价格相当,而通常每组信号灯需由上300~500只二极管构成。

  

  LED灯具有什么优点

  (1)高节能

  节能能源无污染即环保。直流驱动,超低功耗(单管0.03~0.06W)电光功率转换接近1OO%,相同照明效果比传统光源节能80%以上。

  (2)寿命长

  LED光源也被称为长寿灯,意为永不熄灭的灯。LED光源为固体冷光源,用环氧树脂封装,灯体内也没有松动的部分,不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰等缺点,使用寿命可达6万~10万小时,比传统光源寿命长10倍以上。

  (3)多变幻

  LED光源可利用红、绿、蓝三基色愿理,在让算机技术控制下使三种颜色具有256级灰度并任意混合,即可产生256×256×256=16777216种颜色,形成不同光色的组合变化多样,可实现丰富多彩的动态变化效果及各种图像。

  (4)利环保

  LED光源的环保效果更佳。光谱中没有紫外线和红处线,既没有热量,也没有辐射,眩光小,而且废弃物可回收,没有污染,不含汞元素;冷光源,可以安全触摸,属于典型的绿色照明光源

  (5)高新尖

  与传统光源单调的发光效果相比,LED光源是低压微电子产品,其成功融合了计 算机技术、网络通信技术、图像处理技术、嵌入式控制技术等,所以也是数字信息化产品,是半导体光电器件“高新尖”技术,具有在线编程、无限升级、灵活多变的特点。

  (6)体积小

  LED基本上是一块很小的芯片被封装在环氧树脂里,所以它非常小、非常轻。

  (7)高亮度、低热量

  

  选购要点

  从九个基本性能选择LED光源(图)

  随着一哄而上的市场,作为消费者,选用LED依然要冷静,科学地分析,选用性价比最好的光源和灯具,下面介绍几种LED的基本性能:

  1、亮度: LED的亮度不同,价格不同。用于LED灯具的LED应符合雷射等级Ⅰ类标准。

  2、抗静电能力:抗静电能力强的LED,寿命长,因而价格高。通常抗静电大于700V的LED才能用于LED灯饰。

  3、波长:波长一致的LED,颜色一致,如要求颜色一致,则价格高。没有LED分光分色仪的生产商很难生产色彩纯正的产品。

  4、漏电电流: LED是单向导电的发光体,如果有反向电流,则称为漏电,漏电电流大的LED,寿命短,价格低。

  5、发光角度:用途不同的LED其发光角度不一样。特殊的发光角度,价格较高。如全漫射角,价格较高。

  6、寿命:不同品质的关键是寿命,寿命由光衰决定。光衰小、寿命长,价格高。

  7、晶片 :LED的发光体为晶片,不同的晶片,价格差异很大。日本、美国的晶片较贵,一般台湾及国产的晶片价格低于日、美。

  8、晶片大小:晶片的大小以边长表示,大晶片LED的品质比小晶片的要好。价格同晶片大小成正比。

  9、胶体:普通的LED的胶体一般为环氧树脂,加有抗紫外线及防火剂的LED价格较贵,高品质的户外LED灯饰应抗紫外线及防火。每一种产品都会有不同的设计,不同的设计适用于不同的用途,LED灯饰的可靠性设计方面包含:电气安全、防火安全、适用环境安全、机械安全、健康安全、安全使用时间等因素。从电气安全角度看,应符合相关的国际、国家标准。

  由于LED是新产品,中国国家标准滞后,但国家提供产品合格测试。具有国际安全认证(如GS、CE、UL等)及国家产品质量合格证的LED灯饰价格要高,因为这些产品在安全设计上是可靠的。消费者注意的是要认真鉴别证书的真伪,现在有国际安全认证及国家产品合格证的厂家并不多。

  从健康方面,采用无毒材料设计的产品价格要高,特别是室内LED灯饰,千万别贪便宜选用有异味的LED灯饰,目前仅少数几家LED厂家是用无毒材料生产,辨别的方法可以直接用鼻子分别,有臭味的产品比无臭味的价格更低很多。类似铅、汞、镉等毒素需专业人员分析。从适用环境安全看,有可靠的防尘防潮设计,材料防火、防紫外线、防低温开裂的LED产品的价格高。


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