LED吸顶灯及其电源讲解

2012年将是LED全面、大规模进入家庭的一年。美国家庭中主要是采用E26型的白炽灯。但在中国的城市家庭中则很少有人还用白炽灯，而大多数采用弯曲荧光灯管的吸顶灯。如何生产价格低廉、性能良好的LED吸顶灯将是对于LED从业者的一个极大的挑战。为了做好这一替代工作，我们首先要对普通吸顶灯有充分的了解，才能做到知己知彼百战百胜。

一. 普通吸顶灯

1.1吸顶灯的外形

普通吸顶灯的外形虽然有很多种(图1)，但最普通的就是圆形或方形，复杂的则更有各种奇形怪状的水晶吸顶灯：

图1.各种形状的吸顶灯

1.2吸顶灯的灯管

其灯管大多是弯折后的T5荧光灯(图2)，品种规格繁多，主要有以下几种。

(a)圆环形 (b)U形 (c)2D形

图2. 用于吸顶灯的荧光灯

1.3吸顶灯的功率，并没有明确的规定。

其功率最常用的有10W、16W、21W、28W、32W、38W、40W等几种。

二. 普通吸顶灯的问题和缺点

2.1 发光效率低

带镇流器节能灯的整灯光效只有55lm/W，最高的大功率U型也只有80lm/W。而且因为所有这些吸顶灯大多采用T5型灯管，折弯成各种形状。但不管最后折弯成什么形状，它都是360度发光的，其中向上的180度的光线必须反射回来才会变成有用的光线，这个反射过程就会损失很多光。所以做成灯具以后的光效至少要打70%的折扣。也就是上述光效还要再乘以0.7。而且在实际使用时，它的亮度随时间衰减得很快。例如一根飞利浦的32W环形T5三基色灯管YH32RR16，色温为6500ºK，其发光效率为67lm/W，总流明数为2150lm，实际上只有70%的光线可以利用。也就是只有1500lm。

2.2 含汞

3.7 不需要铝制散热器，成本低，重量轻

二. LED吸顶灯的构成和散热

不考虑华丽的水晶吸顶灯，普通LED吸顶灯的构造和普通吸顶灯没有什么区别。都是由底壳，外罩，电源，灯等4个部分组成。

4.1 LED吸顶灯的灯珠

通常对于功率大于30W以上的大多采用1W的LED灯珠，低于30W的大多采用小功率LED灯珠(例如3020,3014,3528等)。建议采用贴片式小功率LED，以便于散热，也可以提高发光的均匀度。

灯珠可以按照其外形来排列，例如假定外形为圆形，那么灯珠就排成圆形，反之，假如外形是方形，那么就排成方形。即便如此，灯珠的排列也还是有很多种方法，一个典型的LED吸顶灯的内部结构如图3所示。

图3. LED的内部结构

图中圆环形的印制板上有两圈LED灯珠，它是采用23颗0.4W的5730型LED灯珠，总共功率为18W。中间的长方形为其恒流电源，方盒右下角则为遥控接收器的光敏二极管，以接收遥控亮度的红外控制信号。

需要提出的是仍然有大量的低价LED吸顶灯采用了小功率草帽灯，然而由于草帽灯的热阻很大(450℃/W)，很难把热导出，因而光衰严重，寿命很短。

4.2 LED吸顶灯的灯罩

灯罩通常采用PC板，其性能如下：

(1)透光性：P C板透光率最高可达89%，可与玻璃相妣美。UV涂层板在太阳光下爆晒不会产生黄变，雾化，透光不佳，十年后透光流失仅为6%，PVC流失率则高达15%—20%，玻璃纤维为12%-20%。

(2)抗撞击：PC板撞击强度是普通玻璃的250-300倍，同等厚度亚克力板的30倍，是钢化玻璃的2-20倍，用3kg锤以下两米坠下也无裂痕，有“不碎玻璃”和“响钢”的美称。

图4. 较薄的厚度减小了导热系数的作用

恒流二极管是一种线性恒流源，它的恒流作用可以用来驱动LED。最简单的方法就是把恒流二极管直接和LED串联。但是我们在用于LED驱动时必须注意选择恰当的电流和耐压。

最低电压

由于恒流二极管需要一定的电压Vk才能够进入恒流，所以太低的电源电压是无法工作的。通常这个Vk大约在5-10V左右。

最高电压

由于恒流二极管必须能吸收掉电源电压的变化，对于同样的百分比，220V就要比110V 的变化范围大一倍。例如对于+10%~-20%的变化范围，对于220V就意味着22+44=66V的变化范围，经过桥式整流以后这个变化还会加大1.2倍，变成79.2V。而对于110V电源，同样的变化范围只相当于39.6V的变化范围。电压越低，就意味着功耗越小，效率越高。所以可以说恒流二极管更适用于110V市电的国家。

最大电流

由于恒流二极管的功耗受到限制，所以过大的电流也是不合适的。例如1W的LED通常需要350mA，恒流二极管就很难提供。即使能够提供，它的功耗也过大而使整体效率大为降低。

恒流二极管最适用的使用场合就是交流市电供电的LED灯具，采用很多小功率LED串联，也就是高压小电流的情况是最为合适。

图4就是一种用于吸顶灯的恒流二极管驱动源。其负载是80颗3022串联，总功率为16W。所用的恒流二极管也是恒流在60mA。假如手头的恒流二极管只有30mA的，就需要2串并联。

图5. 采用恒流二极管作为LED驱动电源

在这里，恒流二极管的作用就是要在输入市电电压变化时，保持输出电流不变，当然也可以消除由于LED负温度系数所引起的电流增大。但是由于恒流二极管的耐压有一定的限制，所以它所能吸收的电源电压变化也是有限的。就拿100V耐压的CRD来说，它的工作电压范围还要减去它的最小工作电压10V，可用的电压范围也就只有90V。用在220V市电电源里，如果市电变化+10%，~-20%，就相当于整流后为290~211V，电压变化79V，在其耐压范围内。假如所用的LED为80颗，如果正向电压为3.3V，那么总电压为264V，正好相当于220V经过桥式整流以后的值。这时候恒流二极管上没有压降，但是这时候它是不能工作的而至少需要10V压降，也就是要求整流后电压为274V，市电电压为228VAC。那时候恒流二极管压降为最小，功耗也最小，只有0.03Ax10V=0.3W，整体效率为最高可达96%(当然还要