簡析LED射燈

導(dǎo)讀：LED技術(shù)的快速發(fā)展，光效的不斷提升，LED射燈技術(shù)也在快速發(fā)展。目前的LED射燈幾乎是以替代傳統(tǒng)鹵鎢燈為主。相比傳統(tǒng)燈具，LED射燈在節(jié)能及長壽命方面具有顯著優(yōu)勢。隨著LED射燈成本的降低，LED射燈的應(yīng)用也逐步開始普及。本文將從LED射燈的技術(shù)要求，常見LED射燈的規(guī)格及類型， LED射燈結(jié)構(gòu)，LED射燈選購常識，以及LED射燈發(fā)展方向這幾個方面做簡單介紹和思考。

LED技術(shù)的快速發(fā)展，光效的不斷提升，LED射燈技術(shù)也在快速發(fā)展。目前的LED射燈幾乎是以替代傳統(tǒng)鹵鎢燈為主。相比傳統(tǒng)燈具，LED射燈在節(jié)能及長壽命方面具有顯著優(yōu)勢。隨著LED射燈成本的降低，LED射燈的應(yīng)用也逐步開始普及。本文將從LED射燈的技術(shù)要求，常見LED射燈的規(guī)格及類型， LED射燈結(jié)構(gòu)，LED射燈選購常識，以及LED射燈發(fā)展方向這幾個方面做簡單介紹和思考。

一、LED射燈技術(shù)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(guān)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(diǎn)，形成了一套安全認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。目前，在LED射燈的認(rèn)證方面，國際上主要以歐洲CE和北美UL認(rèn)證為主，在中國可進(jìn)行自愿性認(rèn)證(CQC)。

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

另外，在LED射燈的性能方面，也有諸多標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。美國有能源之星(ENERGY STAR)有相關(guān)要求;中國有節(jié)能認(rèn)證要求，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)、標(biāo)稱功率、功率因數(shù)、產(chǎn)品標(biāo)識等進(jìn)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(shí)間而衰減，因此行業(yè)內(nèi)通常用光衰至70%所需的時(shí)間來定義LED光源的壽命，即L70。隨著技術(shù)的進(jìn)步，LED的光衰越來越緩慢，要完整測試其光衰至70%的時(shí)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(shí)間的老化，通過采樣光衰數(shù)據(jù)，然后以指數(shù)函數(shù)來推算其光衰至70%的時(shí)間，推算公式如下：

通常對LED老化6000小時(shí)測試光通維持率LM(Lumen Maintains)，按照指數(shù)規(guī)律，若6000小時(shí)后LM >91.8%，便可宣稱25,000小時(shí)的壽命，若LM>94.1%可宣稱35,000小時(shí)的壽命，但壽命推算的時(shí)間不超過測試時(shí)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(qiáng)的光束角來定義。如圖2是一個LED射燈的極坐標(biāo)光強(qiáng)分布曲線，可以看出，50%光強(qiáng)對應(yīng)的角度分別為±20°左右，因此這個射燈的角度為40°。

圖2.LED射燈極坐標(biāo)光強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)，燈頭參照IEC 60061-1標(biāo)準(zhǔn)。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(jié)構(gòu)簡析

目前的LED射燈均為自鎮(zhèn)流式，即LED驅(qū)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(xué)器件(透鏡、反光杯)、LED光源、散熱器、驅(qū)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(shè)計(jì)和加工上會有一些差別。

1.LED光源及光學(xué)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(shè)計(jì)也有采用玻纖板(FR-4)制作，但需要專門設(shè)計(jì)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(jìn)行獨(dú)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(qū)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(xué)，通常采用一個透鏡或反光杯的方式進(jìn)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(xué)器件組合的方式完成整個燈具的二次配光設(shè)計(jì)，如圖7所示。