LED射燈的相關常識

　　隨著LED技術的快速進步和發(fā)展，LED光效的不斷提升，LED射燈技術也在快速的發(fā)展。目前LED射燈幾乎是以替代傳統(tǒng)鹵鎢燈為主的，相比傳統(tǒng)燈具，LED射燈在節(jié)能和壽命方面具有顯著的優(yōu)勢。而隨著LED射燈成本的降低，LED射燈的應用也逐步開始普及。本文將從LED射燈的技術要求、常見LED射燈的規(guī)格及類型、 LED射燈結構、LED射燈選購常識，以及LED射燈發(fā)展方向這五個方面做簡單的介紹。

　　一、LED射燈技術要求

　　現(xiàn)階段的LED射燈，主要以替代傳統(tǒng)鹵鎢燈為主，相關的安全要求大多參考傳統(tǒng)照明要求，并根據(jù)LED燈的特點，形成了一套安全認證標準。目前，在LED射燈的認證方面，國際上主要以歐洲CE和北美UL認證為主，在中國可進行自愿性認證（CQC）。

　　在CE認證里包含LVD和EMC兩個方面，其中LVD是按照EN60968標準執(zhí)行（將升級 IEC 62560）；EMC按照EN55015、EN61547、EN61000-3-2和EN61000-3-3標準執(zhí)行。此外，LED燈通常還需要額外參照IEC 62471，進行光生物安全方面測試。在北美，通常需要進行UL安全和FCC電磁相容認證。UL執(zhí)行標準為UL1993、UL8750和UL1310；FCC執(zhí)行標準為FCC PART15 Subpart B。在中國，對于LED射燈是采用自愿性認證（CQC），執(zhí)行標準為GB24906-2010（安全）和GB 17743-2007（電磁相容）。

　　另外，在LED射燈的性能方面，也有諸多標準規(guī)定。美國有能源之星（ENERGY STAR）有相關要求；中國有節(jié)能認證要求，執(zhí)行標準為CQC 3129-2010。這些要求中，均對LED射燈的色溫、顯色指數(shù)、初始光通量、光效、光通維持率、壽命、中心光強、標稱功率、功率因子、產(chǎn)品標識等進行了規(guī)定。

　　許多電子產(chǎn)品的壽命是以壞掉來評判，但LED是一種壽命很長的光源，可使用很久都不會壞。但光通量的輸出卻會隨著時間而衰減，因此行業(yè)內(nèi)通常用光衰至70%所需的時間來定義LED光源的壽命，即L70。隨著技術的進步，LED的光衰越來越緩慢，要完整測試其光衰至70%的時間也難以做到。由于電子產(chǎn)品的壽命呈指數(shù)規(guī)律，因此LED通常做較短時間的老化，通過采樣光衰資料，然后以指數(shù)函數(shù)來推算其光衰至70%的時間，推算公式如下：

　　通常對LED老化6000小時測試光通維持率LM（Lumen Maintains），按照指數(shù)規(guī)律，若6000小時后LM >91.8%，便可宣稱25，000小時的壽命，若LM>94.1%可宣稱35，000小時的壽命，但壽命推算的時間不超過測試時間的6倍。

　　圖1.光衰指數(shù)曲線

　　LED射燈的角度，一般以50%峰值光強的光束角來定義。如圖2是一個LED射燈的極座標光強分布曲線，可以看出，50%光強對應的角度分別為±20°左右，因此這個射燈的角度為40°。

　　圖2.LED射燈極座標光強分布曲線

　　二、常見LED射燈的規(guī)格及類型

　　現(xiàn)階段的LED射燈主要以替代傳統(tǒng)鹵鎢燈為主，因此外形尺寸是參照IEC 60630標準，燈頭參照IEC 60061-1標準。根據(jù)傳統(tǒng)射燈情況，目前的LED射燈主要有MR16、PAR16、PAR20、PAR30、PAR38這幾種。其中MR16通常采用GU5.3燈頭；PAR16主要采用GU10、E26（美洲）/E27（歐洲及中國）、E14燈頭；PAR20/PA30/PAR38主要采用E26、E27燈頭。

　　圖3. 各種燈頭（從左至右依次為E14、E17、E26、E27、GU10、GU5.3）

　　三、常見LED射燈的結構簡析

　　目前的LED射燈均為自鎮(zhèn)流式，即LED驅動電源全部內(nèi)置在燈體內(nèi)部，直接接電即可使用。

　　圖4.LED射燈（PAR16-GU10）拆解圖

　　如上圖的射燈拆解圖可以看到，目前的LED射燈主要光學器件（透鏡、反光杯）、LED光源、散熱器、驅動電源、燈頭這幾部分組成。但各廠家的LED射燈，由于采用的材料、工藝、LED封裝方式不同，使得射燈在設計和加工上會有一些差別。

　　1. LED光源及光學器件

　　目前的LED射燈主要采用多顆大功率LED及集成封裝LED制作，如圖5和圖6所示。

　　圖5.多顆大功率LED 圖6.集成封裝LED射燈

　　采用多顆大功率LED的方式，通常需要一個電路板將LED做電氣連接。該電路板大多使用鋁基板制作（MCPCB）；對于一些設計也有采用玻纖板（FR-4）制作，但需要專門設計散熱焊盤。然后用螺絲或膠粘的方式固定在燈殼散熱器上。多顆大功率LED制作的射燈，透鏡通常是采用對每顆LED進行獨立配光的，再組合成一個光斑透鏡。

　　采用集成封裝LED制作的射燈，不需要電路板，可以直接將驅動電源輸出線連接到LED燈上。同樣是采用螺絲或膠粘的方式固定在燈殼散熱器上。該種射燈的二次光學，通常采用一個透鏡或反光杯的方式進行配光，透鏡和反光杯的高度都較高，小角度的配光有難度。

　　此外，對于大出光面得射燈，大多采用多個光學器件組合的方式完成整個燈具的二次配光設計，如圖7所示。

　　圖7.多個光學器件組合的射燈

　　2. LED驅動電源

　　目前的LED射燈大多為內(nèi)置電源的自鎮(zhèn)流式射燈。內(nèi)置LED驅動主要采用開關電源實現(xiàn)，分隔離式和非隔離式。隔離電源的初級和次級形成了電氣隔離，在射燈設計時，只需要將電源初級與外殼或其它人體可接觸部分做好充分的防觸電即可，而次級通常為安全電壓，可做簡單防護即可。這類電源相對安全可靠，但要求放置空間大，其轉換效率也較低。非隔離電源由于初次級之間未做電氣隔離，需在結構上做更嚴格的防護隔離，但該類電源效率高，體積小。除開關電源外，還有多種其它LED驅動方式，但其安全性和可靠性都較低，需要在結構設計上多做努力，以滿足相關安全要求。此外，由于電源內(nèi)置，通常元器件溫度都很高，將直接影響到LED射燈的使用壽命和穩(wěn)定性。因此很多廠家都采用灌膠的方式，改善電源的散熱能力，并提高電源與散熱外殼的絕緣性，如果8所示。

　　圖8.電源灌膠射燈

　　由于LED的可控制性，因此各廠家都有開發(fā)可調(diào)光的的LED射燈?，F(xiàn)有的主要調(diào)光方式有可控矽調(diào)光、PWM調(diào)光、0-10V調(diào)光、DALI調(diào)光、DMX51調(diào)光、電力載波調(diào)光等，都是通過控制LED的驅動電流或電壓的方式，改變LED的亮度。

　　3. 燈殼散熱器

　　燈殼散熱器是考量各廠商設計能力的主要地方。大多數(shù)廠家的散熱器都是采用鋁材質(zhì)，加工工藝有機加工及模具成型等方式。在結構設計上，各廠家為了加大射燈的散熱能力，通常采用翅片的方式，如圖9所示。

　　圖9.帶翅片的LED射燈散熱器

　　圖10.鑲件注塑散熱器

　　另外，燈殼部分也有用導熱塑膠或陶瓷材料制作的，均采用模具成型的方式。這兩種材料具有良好的絕緣性能，可使產(chǎn)品具有高的電氣安全性能，便于內(nèi)部LED驅動的安全隔離。但這兩種材料的導熱系數(shù)較低，不利于熱傳導，對于對熱傳導要求不高的室內(nèi)產(chǎn)品可以使用。此外塑膠材料還有重量輕的特點，可以使LED射燈的重量得到大幅度的減輕。

　　四、LED射燈的選購常識

　　射燈根據(jù)出光面大小可分為PAR16、PAR20、PAR30、PAR38這幾種，常用燈頭有GU10、E27、E14等，這類射燈都是采用市電85~265VAC供電。此外還有一種MR16射燈，燈頭為GU5.3，是采用12VAC供電，其前端還有一個電子變壓器或工頻變壓器將市電22OVAC轉換為12VAC。

　　射燈的角度一般在65°以下，主要用于局部照明、重點照明等場合。各廠家的角度大多集中在12°、24°、36°這幾種范圍。

　　根據(jù)《GB 50034-2004 建筑照明設計標準》，室內(nèi)照明光源相關色溫可分為三組