汤灿银
广州盛龙照明有限公司
摘要：伴随着我国科技的快速发展，LED照明灯具渐渐取代了传统照明灯具。近些年我国在LED照明灯具技术上实现了快速的发展，无论是照明灯具的结构还是其性能都实现了长足的进步，而由于技术的不断普及与完善，LED照明灯具的产量也不断上升，价格更加亲民。本文针对LED照明灯具的优势以及现状进行研究，并且针对LED灯具的结构设计予以有效的见解，希望为相关工作者的研究提供理论支持。
关键词：LED照明灯具；结构设计
引言
LED相关技术具有非常独特的优势，这也为当下照明领域带来了很大的变化。LED照明灯具在给我们生活带来便利的同时，自身也会存在一定的因素影响到其质量，因此需要对LED灯具的结构进行有效的设计。本文根据当下LED照明灯具的使用现状进行阐述，并且结合其中的技术问题来给出结构设计理念。
1主要优点
LED光源的可见光是由电子和空穴复合而成的，其转换效率高，理论上是白炽灯的10倍，相比传统光源(如节能灯、荧光灯、金卤灯等)而言，其节电率也能达到50%以上;不同于荧光灯管含有毒有害物质(如:汞)，LED光源避免了因灯管破裂溢出汞的二次污染，同时又没有干扰辐射;LED的理论标称寿命可达10万小时，相比传统光源，可有效减少照明设备的更换频率和维护工作;无频闪，纯直流工作，消除了传统光源频闪引起的视觉疲劳，确保施工安全;LED光源外部的环氧树脂浇封处理可以有效防潮、抗震动，不容易损坏。
2LED照明灯具技术问题
当前对LED照明灯具结构进行设计时依然存在一些技术上的问题。首先就是LED灯具在设计中散热结构还需要优化，LED发光效率与温度是成反比的，因此其温度越高那么发光效率越低，这也是LED照明灯具在当下需要解决的主要难题。如果灯具出现散热不良等状况，就会加快整个灯具的老化，同时也会使其不稳定。其次就是在LED照明灯具设计时驱动电源设计难度较大，需要对相关灯具进行恒流供电。当前对LED照明灯具驱动电源的主要设计方案是线性或者开关型稳压器结合特定的反馈电路。最后就是在LED灯具进行设计时，其外观以及相应的材料工艺还需要进一步改善，有效的选择材料可以优化灯具的散热系统，由于LED照明灯具的光源是单向性的，因此在选用材料时应当保证其功能，在此基础之上来确保LED照明灯具的外观。同时要在其中进行二次光学设计，需要结合光源模组所散发出的光度、光通量大孝光强大孝光强分布等状况来选择合适的材料，要有效的将二次光学设计理念融入其中，进而实现LED照明灯具结构设计上的创新。
3LED照明灯具结构设计
3.1智能照明传感器
3.1.1微波多普勒感应开关
微波感应开关发射一定频率的微波信号，微波遇到障碍物被反射回来，当物体在运动时，回波中将包含多普勒频移信号。将频移信号监测出来，可以判断物体的位移是否发生变化，继而输出响应的控制信号。该传感器与传统人体红外探测传感器相比，抗射频干扰能力强、不易受环境等因素的影响。
3.1.2人体热红外探测传感器
人体热红外探头的工作原理：探测人体会发出一定波长（10uM）的红外线，当红外线通过光学组件滤波、增强后聚焦到探头上，探头在接收到人体红外辐射时，内部电路就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。
3.1.3光照强度传感器
工作原理是将光照强度值转为电压值，光照度传感器主要负责收集室内的照度，然后将数据传递给网关，数据传输可以实现双向传输；同时，该传感器也可以直接输出控制信号，调节本地的照明灯具亮度。
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3.2电器腔及接线腔的防爆处理
3.2.1材质选择
考虑到芯片的散热，灯具壳体宜选择金属材质，导热效果较好的材料有铜、铝合金、碳钢等。铜成本较高，不宜采用;碳钢适合焊接等工艺处理，而灯具的曲面造型不宜加工，且重量较重，不宜选用;铝合金材质由于其特有的金属特性，易于压铸成型，导热性能和加工性能好;通过对铝合金材质的分析，结合行业内防爆LED灯具材质的实际应用，选用铸铝合金材质，牌号为ZL102，根据GB3836.1-2010中8.1.2条规定，金属外壳材料，按质量百分比镁和钛的总含量不应超过7.5%。
3.2.2结构设计
电器腔和接线腔的结构设计主要考虑强度(注:关于灯具壳体的强度设计，本文会在后续章节详细进行论述)和防爆结构的设计。电器腔中主要安装LED驱动电源，而接线腔中安装接线端子，在检维修、安装时均需要打开操作，其防爆结构宜选择螺纹隔爆或止口隔爆形式。
3.3可控硅(TＲIAC)调光
将TＲAIC调光用于LED驱动芯片中，测量经TＲAIC调光器斩波后AC线电压导通角，从而精确控制流过负载LED的电流。
使用的方法具有测量精度可调、负载LED亮度范围可调等优点，能很好地满足实际应用的需求。用数字电路实现相角测量的方法从根本上提高了信号的抗干扰能力，可以广泛应用于带TＲAIC调光功能的LED驱动器中。利用可变开关电容器和可控硅设计出调光LED驱动器，该LED驱动器以可控硅为关键主开关，通过可变电阻器来控制可控硅的开启定时，来调制可变开关电容器的有效电容值。该TＲIAC调光的LED驱动器，不仅具有非常高的效率和较长使用寿命，而且还可以在LED调光同时成功实现LED功率调节。设计了一种可控硅调光LED驱动器，可实现较宽的调光范围，其基于控制输入无功功率，使输入电流增加到高于TＲIAC电流的水平，同时调节LED阵列的功率。该设计适用于极低功耗运行，无需耗散放电电路的情况。采用SSL2101T，设计了一款基于反激式拓扑结构的可控硅调光LED驱动器，该驱动器具有外加的可控硅调光器和220V/50Hz电源输入，可实现无闪烁，平滑调光。该系统配置简单，低成本，有良好的效率和功率因数，适合作为低功率LED驱动器。
3.4定时控制
系统根据时间控制器设定的负载时间表，来实现基于时间的灯光场景的自动调整。时间控制器可与微波、光照度感应器等配合使用，能够最大程度地节省电能。时间调度程序允许预先设置自动触发的事件。
3.5模拟调光
一款用于LED驱动电源的模拟调光电路。这款调光电路由外部控制产生一个占空比可调的振荡信号，线性改变恒流的基准电压，此电压对功率管开关信号(PWM)占空比进行调节，从而使LED电源输出电流线性调节得以实现。该方案实现了较高精度的线性调光，电路通过使用初级反馈控制来改变输出电流，无需使用光耦合器和次级反馈电路，减少了调光失真，降低了电路应用面积和芯片应用成本。设计了一种基于谐振开关电容拓扑(ＲSCT)的新型48V直流馈电可调光LED驱动器，其中基于模拟的调光功能通过可变电感器(VI)实现，拓扑结构基于经典的ＲSCT升压双模转换器，它提供了一种简单且经济高效的解决方案，同时保证了宽泛的调光范围。在整个设定调光范围内，性能相当稳定，效率非常高，输出电压和电流纹波非常低，无需输出滤波技术。
结语
LED照明灯具在当下的照明领域有着非常广阔的发展空间，其具有较高的发光效率以及较低的能源消耗，因此在对其结构进行设计时要针对其中的不足予以完善，进而使得相关行业实现健康发展。
参考文献
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[2]倪平达.LED照明灯具的可靠性及安全标准探讨[J].科技创新与应用,2017(05).
[3]戴强钦.照明灯具若干技术问题分析[J].硅谷,2014(08).
论文作者:汤灿银
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第21期
论文发表时间:2019/11/26
标签：调光论文; 照明灯具论文; 灯具论文; 可控硅论文; 驱动器论文; 光源论文; 结构论文; 《中国西部科技》2019年第21期论文;