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技術(shù)文章

LED燈具種類技術(shù)資料
DQZHAN技術(shù)訊：LED燈具種類技術(shù)資料
LED（LightEmittingDiode），又稱發(fā)光二極管，它們利用固體半導體芯片作為發(fā)光材料， 當兩端加上正向電壓， 半導體中的載流子發(fā)生復合， 放出過剩的能量而引起光子發(fā)射產(chǎn)生可 見光。 （一）LED 的發(fā)展歷史。 應用半導體 PN 結(jié)發(fā)光源原理制成 LED 問世于 20 世紀60 年代初，1964 年首先出現(xiàn)紅 色發(fā)光二極管，之后出現(xiàn)黃色 LED。直到 1994 年，藍色、綠色 LED 才研制成功。1996 年 由日本 Nichia 公司（日亞）成功開發(fā)出白色 LED。LED 以其固有的特點，如省電、壽命長、 耐震動、響應速度快、冷光源等特點，廣泛應用于指示燈、信號燈、顯示屏、景觀照明等領域，在我們的日常生活中處處可見，家用電器、電話機、儀表板照明、汽車防霧燈、交通信 號燈等。但由于其亮度差、價格昂貴等條件的限制，無法作為通用光源推廣應用。近年來，隨著人們對半導體發(fā)光材料研究的不斷深入，LED 制造工藝的不斷進步和新材料（氮化物 晶體和熒光粉）的開發(fā)和應用，各種顏色的超高亮度 LED 取得了突破性進展，其發(fā)光效率 提高了近 1000 倍，色度方面已實現(xiàn)了可見光波段的所有顏色，其中*重要的是超高亮度白光 LED 的出現(xiàn)，使 LED 應用領域跨越至高效率照明光源市場成為可能。曾經(jīng)有人指出，高亮度 LED 將是人類繼愛迪**明白熾燈泡后，*偉大的發(fā)明之一。 （二）LED 發(fā)光原理發(fā)光二極管主要由 PN 結(jié)芯片、電極和光學系統(tǒng)組成。 其發(fā)光體—晶片的面積為10.12mil(1mil=0.0254 平方毫米)，目前國際上出現(xiàn)大晶片 LED，晶片面積達 40mil。其發(fā)光過程包括三部分：正向偏壓下的載流子注入、復合輻射和光能傳輸。微小的半導體晶片被封裝在潔凈的環(huán)氧樹脂物中，當電子經(jīng)過該晶片時，帶負電 的電子移動到帶正電的空穴區(qū)域并與之復合， 電子和空穴消失的同時產(chǎn)生光子。 電子和空穴之間的能量（帶隙）越大，產(chǎn)生的光子的能量就越高。光子的能量反過來與光的顏色對應， 可見光的頻譜范圍內(nèi)，藍色光、紫色光攜帶的能量*多，桔色光、紅色光攜帶的能量*少。由于不同的材料具有不同的帶隙，從而能夠發(fā)出不同顏色的光。LED 照明光源的主流將是 高亮度的白光 LED。目前，已商品化的白光 LED 多是二波長，即以藍光單晶片加上 YAG 黃色熒光粉混合產(chǎn)生白光。未來較被看好的是三波長白光LED，即以無機紫外光晶片加紅、藍、綠三顏色熒光粉混合產(chǎn)生白光，它將取代熒光燈、緊湊型節(jié)能熒光燈泡及 LED 背光源 等市場。 （三）LED 光源的基本特征 1、發(fā)光效率高 LED 經(jīng)過幾十年的技術(shù)改良，其發(fā)光效率有了較大的提升。白熾燈、鹵 鎢燈光效為 12－24 流明/瓦，熒光燈 50～70 流明/瓦，鈉燈 90～140 流明/瓦，大部分的耗電 變成熱量損耗。LED 光效經(jīng)改良后將達到達 50～200 流明/瓦，而且其光的單色性好、光譜

◎LED 技術(shù)參數(shù):

發(fā)光角度 LED 發(fā)光角度一般是可視角度。如下圖:

正向電壓（Vf）: 當 PN 結(jié)兩端加正向電壓（即 P 側(cè)接電源的正極，N 側(cè)接電源的負極） ，此時 PN 結(jié)呈 現(xiàn)的電阻很低，正向電流大（PN 結(jié)處于導通狀態(tài)） 。 藍光，綠光，白光 Vf 一般在 3.2~3.6v。 紅光，黃光 Vf 一般在 2.0~2.3。 正向電流（If）: 導通情況下的流過 LED 的*大電流。 一般小功率 LED，If 在 2~50mA。大功率 LED，If 在 100mA~1A。 *大結(jié)溫: LED 半導體晶片的*大實際溫度。 注意： 1. LED 應使用直流電源供電 2. 需注意防靜電措施

結(jié)合一些具體實物講解

LED 照明光源應用領域 1. 長期以來，由于 LED 光效低的原因，其應用主要集中在各種顯示領域。 2. 隨著超高亮度 LED（特別是白光 LED）的出現(xiàn)，在照明領域的應用成為可能。據(jù)國 際權(quán)威機構(gòu)預測，二十一世紀將進入以 LED 為代表的新型照明光源時代，被稱為第四代新光源。 目前 LED 燈具已應用在如下方面： 1) 室內(nèi)照明 裝飾照明，如室**燈，壁燈，臺燈，客房燈等家庭照明，如日光燈，節(jié)能燈泡等 2) 室外照明 包括投光燈，泛光燈，標志燈，廣告牌，水底燈，輪廓燈（護欄管，燈帶），數(shù)燈，點 光源等 3) 環(huán)境燈光 包括路燈、景觀燈、藝術(shù)燈等，而且環(huán)境燈光現(xiàn)已有與太陽能，風能結(jié)合的案例。 LED 照明光源技術(shù)的應用前景及趨勢 （一）前景及發(fā)展趨勢 目前，照明消耗約占整個電力消耗的 20％，大大降低照明用電是節(jié)省能源的重要途徑， 為實現(xiàn)這一目標，業(yè)界已研究開發(fā)出許多種節(jié)能照明器具，并達到了一定的成效。但是，距離“綠色照明”的要求還遠遠不夠，開發(fā)和應用更高效、可靠、**、耐用的新型光源勢在 必行。LED 以其固有的優(yōu)越性正吸引著世界的目光。美國、日本等國家和臺灣地區(qū)對 LED 照明效益進行了預測，美國 55％的白熾燈及 55％的日光燈被 LED 取代，每年節(jié)省350 億美 元電費，每年減少 7.55 億噸二氧化碳排放量。日本 100％的白熾燈換成 LED，可減少 1～2 座核電廠發(fā)電量，每年節(jié)省 10 億公升以上的原油消耗。臺灣地區(qū) 25％的白熾燈及100％的 日光燈被白光 LED 取代，每年節(jié)省 110 億度電。日本早在 1998 年就編制“21 世紀計劃” ， 針對新世紀照明用 LED 光源進行實用性研究。近年來，日本日亞化工、豐田合成、SONY、 佳友電工等都已有 LED 照明產(chǎn)品問世。世界有名的照明公司如飛利浦、歐司朗、GE等也投 入大量的人力物力進行 LED 照明產(chǎn)品的研究開發(fā)和生產(chǎn)。 美國 GE 公司和 EMCORE 公司合 作成立新公司，專門開發(fā)白光 LED，以取代白熾燈、緊湊型熒光燈、鹵鎢燈和汽車燈。德國歐司朗公司與西門子公司合作開發(fā) LED 照明系統(tǒng)。 臺灣目前的 LED 產(chǎn)量僅次于日本列在美國之前，從 1998 年開始投入 6 億臺幣進行相關開發(fā)工作。LED 發(fā)展歷史已經(jīng)幾十年，但 在照明領域的應用還是新技術(shù)。隨著 LED 技術(shù)的迅猛發(fā)展，其發(fā)光效率的逐步提高，LED 的應用市場將更加廣泛，特別在全球能源短缺的憂慮再度升高的背景下，LED 在照明市場的前景更備受全球矚目，被業(yè)界認為在未來 10 年成為*被看好的市場以及*大的市場，也 將是取代白熾燈、鎢絲燈和熒光燈的*大潛力商品。（二）照明應用中存在的主要技術(shù)問題 近年來，LED 的發(fā)光效率正在逐步提高，商品化的器件已達到白熾燈的水平，景觀燈

采用的白色 LED 發(fā)光效率接近熒光燈的水平，并在穩(wěn)步增長中。但是，在照明普及應用方 面仍存在一些技術(shù)性問題：一是光通量有待進一步提高。采用 LED 作為照明光源，必須可 以發(fā)出更多的光，必須具有更高的能量效率。二是 LED 發(fā)出的光與自然光仍有一定的差距。白熾燈具有非常強的黃色光的成分，給人一種溫暖的感覺。而白光 LED 發(fā)出的白光帶有藍 色光的成分，在這種光的照明下，人們的視覺不很自然。三是價格較高。這是影響 LED 照 明普及的主要原因。但是，近年來出于晶片技術(shù)的改良，制造成本正在急劇下降，近三年來 LED 的價格下降了近 50％，其正朝著高效率、低成本的方向發(fā)展，這為 LED 在照明領域的 應用提供了有利條件。此外，較好的性價比也可以彌補成本價格方面的不足。

◎大功率 LED 燈具常用技術(shù)參數(shù)

●功率 輸入功率:燈具整體實際消耗的能量。實際上是燈具的總功率。 LED 功率: LED燈珠實際消耗的能量。 ●供電 驅(qū)動方式 恒流驅(qū)動：電流基本穩(wěn)定，主要用串聯(lián)來驅(qū)動 LED。 恒壓驅(qū)動：電壓穩(wěn)定，主要用并聯(lián)方式來驅(qū)動 LED，需要加限流電阻。輸入電壓 交流電 用在市電線路上，適用在不同國家 AC100~110，AC220~240V。直流電 用在室內(nèi)室外專用電源或者太陽能、蓄電池線路上，一般 DC12V，DC24V。電源效率 功率因數(shù)：所謂功率因數(shù)，是指任意二端網(wǎng)絡（與外界有二個接點的電路）兩端電壓 U 與其中電流

I 之間的位相差的余弦 。在二端網(wǎng)絡中消耗的功率是指平均功率，也稱為有功功率

**認證

CCC，CE，UL

●控制方式： 時間自動控制 亮度自動控制 輸出功率控制 ●發(fā)光角度 一般指二次配光后的可視角度。 ●照射范圍 燈具配光以后的可達到照射區(qū)域。 ●平均照度 一定范圍內(nèi)的照度平均值。

●中心照度 燈具一定直線距離內(nèi)*大的照度值，通常直接量取。 ●均勻度 路面照度均勻度 ●材質(zhì) 燈體散熱材料，質(zhì)量 光學材料 ●防護等級 防塵防水 ●燈具壽命 一般取決大功率 LED 半衰期及配套驅(qū)動電源壽命。目前 LED 產(chǎn)品品質(zhì)保證：1.5~2 年

◎ 燈具相關標準要求

LED 燈具目前暫缺國家標準，但具體應用上依舊要求遵守各自領域的原標準。

◎ LED 路燈組成

1. 太陽能路燈

系統(tǒng)由太陽能電池組件部分（包括支架） 、LED 燈頭、控制箱 （內(nèi)有控制器、蓄電池）和燈桿幾部分構(gòu)成

2. 普通路燈

普通路燈一般由燈具（LED 燈頭）和燈桿兩部分構(gòu)成。 如果要實現(xiàn)智能控制，只要上加光控開關或時控開關即可實現(xiàn)自動控制。

3. 風光互補路燈

系統(tǒng)由燈具（LED 燈頭） 、太陽能電池板、蓄電池、風力發(fā)電機、光控開關或時控開關和燈桿幾部分 構(gòu)成。 太陽能電池板，風力發(fā)電機采積能源由蓄電池保存，光控開關或時控開關控制什么時候讓燈具消耗蓄電池的能源！

◎ LED 景觀燈

LED 草坪燈

由燈殼和光源組成。 太陽能草坪燈無控制器和蓄電池。

LED 庭院燈

庭院燈一般由燈具（光源）和燈桿兩部分構(gòu)成。 太陽能庭院燈可按要求實現(xiàn)有無控制器和蓄電池。

◎ LED 燈具的安規(guī)要求

LED 燈具在 UL 標準的分類

以下首先針對 LED 燈具、LED 燈泡及 LED 驅(qū)動器等三種基本產(chǎn)品分類，及其分別沿用至各成品或零件時，所應參考的 UL 安規(guī)標準及應特別注意事項，以做為業(yè)者欲進行產(chǎn) 品安規(guī)檢測的基本指南。不過該表僅供讀者參考，產(chǎn)品實際的歸類，仍須依產(chǎn)品的用途及其使用環(huán)境來決定。 應用產(chǎn)品 安規(guī)標 準 注意事項

LED 燈具 指示燈 UL 48 涵蓋可攜式燈具，通過電源線 的插頭連接標稱為 120 伏特 15或 20 安培的分支電路上 涵蓋固定式燈具，使用于非危 險區(qū)域且裝設于低于 600 V 的 分支電路上。

手把燈、 廚柜燈、 桌燈、 UL 153 立燈、壁燈等 (皆為帶 電源線插頭) 圣誕燈串 緊急指示燈， 出口燈 展示柜、鏡燈 舞臺燈 UL 588 UL 924 UL 962 UL 1573

臺階燈、?燈、吸頂燈、 UL 1598 吊燈、壁燈、路燈、柱 燈等 (皆不帶電源線插 頭)小夜燈 UL 1786

低壓花園燈 (不帶電源 UL 1838 線插頭) 水管燈 LED 燈泡 指示燈泡 LED 燈泡 (ANSI Base)，內(nèi)含驅(qū)動電路 UL 496 UL 1993 UL 2388

-

E27 Base 是歐規(guī)，不能使用在 北美市場。北美市場需用 E26 Base

LED 燈泡 (非 ANSI Base)，內(nèi)含驅(qū)動電路

UL 496

LED 模塊， 不含驅(qū)動電 UL 路 60950-1 LED 驅(qū)動器 電源供應器 (可帶 LPS UL **回路) 60950-1

輸出 LPS **回路，則 LED 模塊及 LED 控制模塊不需電氣外殼 (Enclosure) LED 模塊及 LED 控制模塊需提供適當電氣外殼 (Enclosure) 保護 輸出 Class 2 **回路， LED 模塊及 LED 控制模塊不需電氣 外殼 (Enclosure) 輸出 LPS /Class 2 **回路， 則 LED 模塊及 LED 控制模塊 不需電氣外殼 (Enclosure) LED 模塊及 LED 控制模塊需 提供適當電氣外殼(Enclosure) 保護

電源供應器 (不帶 Class 2 **回路)

UL 1012

電源供應器 (帶 Class UL 1310 2 **回路)

驅(qū)動器 (可帶 LPS/ Class 2 **回路)

UL 935

低壓花園燈電源供應器 UL 1838

Subject 8750 的**評估與測試

在大略了解各產(chǎn)品應參考的標準后，以下將簡單說明與上述標準互補的 Subject 8750。Subject 8750 目前已更新至第 3 修訂版，內(nèi)容共分為 12 章，其中第 1 - 4 章為： 包含范疇，定義等總章；第 5 - 9 章為：結(jié)構(gòu)要求；第 10 - 11 章為：測試評估；第 12 章則為：產(chǎn)品標示。以下即針對“結(jié)構(gòu)要求”與“測試評估”等兩大內(nèi)容架構(gòu)陳述。不過在此特別提醒讀者，由于每一本安規(guī)標準的產(chǎn)品用途與使用環(huán)境規(guī)定有所不同，因 此采用 Subject 8750 條文規(guī)范的程度自然也不盡相同。

一、結(jié)構(gòu)要求 (5 - 9 章)

1. 使用環(huán)境考量：產(chǎn)品使用在不同環(huán)境下，如干燥 (Dry)、潮濕 (Damp)、戶外 (Wet)等場所，安規(guī)標準對于帶電體的間距、塑料外殼、測試、警示標語 (Marking) 等，會有不同的要求。 2. 機械性結(jié)構(gòu)要求：此部份首重外殼的**要求，并著重在防火、防電擊、防碰撞等 性能；另在金屬外殼的厚度、防腐蝕性及塑料外殼的物理特性也有所要求，其它還有 對隔板、內(nèi)線保護、抗拉、灌膠等規(guī)定。

3. 電氣性結(jié)構(gòu)要求：包括危險帶電體的避免接觸、外露的結(jié)線端子、內(nèi)部結(jié)線、供電端與負載端的連結(jié)、電路的隔離、絕緣材質(zhì)的使用、印刷電路板的規(guī)格、帶電體的間距、 電子零件、保護裝置、及 Class 2 或 LPS **回路的能量限制等，皆在此部份的規(guī)范 范圍內(nèi)。 4.其它要求：如 LED 電源、LED 數(shù)組、LED 模塊及 LED 控制模塊等**及外殼要求 等。LED 的電源可以是下列標準所驗證的電源供應器，包括 UL 1012，UL 1310 及 UL 60950-1?；旧希琇ED 數(shù)組、LED 模塊及 LED 控制模塊只要位于 LPS /Class 2 ** 回路上，就沒有任何電氣外殼的要求。LED 燈具對于電源輸出方式的規(guī)定為基本絕緣， 與完全沒有隔離是一樣的。對于 LED 數(shù)組、LED 模塊及 LED 控制模塊，如果使用的電 源不用大到超過 LPS /Class 2，建議*好要符合 LPS /Class 2。反之，若使用的能量將大于 LPS /Class 2，則有沒有提供隔離一次側(cè)與二次側(cè)電源電路的絕緣，對塑料外 殼的要求上，是沒有差別的。

二、測試評估 (10 - 11 章)

在 Subject 8750 的測試項目部份，UL 對產(chǎn)品常進行的測試如后：輸入測試 (Input Test)、溫升測試 (LED Module Normal Operations Temperature Test)、絕緣耐壓測 試(Dielectric Voltage Withstand Test) 、 異 常 操 作 測 試 (Abnormal Condition Tests)、電子零件異常測試 (Unreliable Component Abnormal Test)、50 瓦電路量測 (50-W Point Power Measurement Test) 等。

LED 燈具*新產(chǎn)品類別 (CCN)

因為 LED 燈具應用范圍的日漸廣泛，所以在今年度， UL 定義了一些與 LED 應用有關 的新的產(chǎn)品類別 (CCN)，如 OOQA2 (LED 模塊，UL 8750)、FKSZ (LED 驅(qū)動器，UL935)、 OOLV (節(jié)能燈泡，UL1993)、QOVZ (可攜式 LED 燈具， UL153)， QOVA (LED 廚柜燈， UL153)、IFAM (LED 固定式燈具，UL1598)、IFAO (LED ?燈，UL1598) 等，業(yè)者可根據(jù) 不同產(chǎn)品類別進行 UL安規(guī)的申請。在此例舉目前與業(yè)者較為息息相關的 CCN，包括 OOQA2 與 FKSZ 的定義如下：CCN OOQA2 FKSZ 定義 為 LED 光源的模塊 (Module)， 燈具廠商可將其整 合在燈具的組裝內(nèi)LED 驅(qū)動器 (Driver)

備注: 經(jīng)由 UL 1012， UL 1310 與 UL 60950-1 所驗證的電源供應器，也可以通過申 請成為 FKSZ 的 LED 驅(qū)動器。 雖然 LED 應用在燈具的技術(shù)上，尚有發(fā)光效率不足、散熱限制等議題尚待克服，然而在邁入綠色能源的時代，LED 光源市場的發(fā)展前景仍是十分可期。雖然LED 燈具的安規(guī)標準尚處于磨合的階段，但如果業(yè)者在進行產(chǎn)品研發(fā)時，可以主動積極注入新的** 思維，并隨時留意國際市場上的產(chǎn)品檢測信息，勢必能夠提升產(chǎn)品在未來的競爭力。

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