淺析LED射燈的接口標(biāo)準(zhǔn)制約互換性

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隨著LED技術(shù)的不斷成熟和成本的不斷降低，LED射燈已大量應(yīng)用到各種場(chǎng)所。但LED射燈的發(fā)展和普及還面臨著許多問題，如何開發(fā)高性價(jià)比的LED射燈，如何解決高功率、高光通量LED射燈的散熱問題，如何實(shí)現(xiàn)LED射燈的模塊化和互換性，如何充分體現(xiàn)LED的長(zhǎng)壽命、高光效、可控性特點(diǎn)，讓老百姓享受豐富多彩照明的同時(shí)，獲得更實(shí)惠、更安全可靠的LED產(chǎn)品，還需要各廠家及業(yè)界人士共同努力。

  　　安全認(rèn)證日趨完善   　　LED射燈的安全要求大多參考傳統(tǒng)照明，并根據(jù)本身特點(diǎn)，形成了一套安全認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。   　　現(xiàn)階段LED射燈相關(guān)的安全要求大多參考傳統(tǒng)照明，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(guó)際上主要以歐洲CE和北美UL認(rèn)證為主，在中國(guó)可進(jìn)行自愿性認(rèn)證(CQC)。   　　在CE認(rèn)證里包含LVD和EMC兩個(gè)方面，其中LVD是按照EN60968標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行(將升級(jí)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(cè)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(guó)，對(duì)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(guó)有能源之星(ENERGY STAR)，中國(guó)有節(jié)能認(rèn)證要求（執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為CQC3129-2010），這些要求均對(duì)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(shí)等進(jìn)行了規(guī)定。   　　許多電子產(chǎn)品的壽命是以損壞來評(píng)判的，但LED是一種壽命很長(zhǎng)的光源，使用很久都不會(huì)壞。而由于光通量的輸出會(huì)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(cè)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。   　　通常對(duì)LED老化6000小時(shí)測(cè)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25000小時(shí)的壽命，若LM>94.1%可宣稱35000小時(shí)的壽命，但壽命推算的時(shí)間不超過測(cè)試時(shí)間的6倍。   　　接口亟待標(biāo)準(zhǔn)化   　　應(yīng)根據(jù)LED的特點(diǎn)，制定一套新型的LED射燈規(guī)格接口標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)LED的模塊化和互換性。   　　目前的LED射燈都是以替代傳統(tǒng)鹵鎢燈射燈為主，受其外形、燈頭和安裝要求的限制，使得LED射燈的設(shè)計(jì)面臨許多的困難。在現(xiàn)有射燈標(biāo)準(zhǔn)的尺寸范圍內(nèi)，很難將LED射燈做到高功率和高光通量，同時(shí)配光、散熱、電氣安全等方面也面臨諸多困難，不能體現(xiàn)LED的長(zhǎng)壽命、高光效等特點(diǎn)，不利于LED照明的健康發(fā)展。   　　LED本是一種新型光源，LED射燈是最早能體現(xiàn)LED特點(diǎn)的應(yīng)用產(chǎn)品之一。應(yīng)根據(jù)LED的特點(diǎn)，制定一套新型的LED射燈規(guī)格接口標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)LED射燈的外形尺寸、模組分塊、參數(shù)分檔、標(biāo)準(zhǔn)接口等進(jìn)行規(guī)定，實(shí)現(xiàn)LED的模塊化和互換性，從而推進(jìn)LED照明的健康發(fā)展。   　　目前，國(guó)際上的ZHAGA聯(lián)盟吸引了來自美國(guó)、亞洲和歐洲的數(shù)百家燈具、光源、LED模組等制造商及行業(yè)相關(guān)企業(yè)，已經(jīng)在開展LED燈具的規(guī)格接口標(biāo)準(zhǔn)制定。其致力于加強(qiáng)LED模組及其控件在機(jī)械、測(cè)試、參數(shù)等方面的兼容性，相關(guān)技術(shù)規(guī)范已經(jīng)出版，部分已修訂多次。在中國(guó)，由國(guó)家半導(dǎo)體照明工程研發(fā)及產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟牽頭組織的九洲光電等多家企業(yè)，也在積極開展相關(guān)工作。   　　選購(gòu)應(yīng)區(qū)分用途   　　LED室內(nèi)照明光源相關(guān)色溫可分為3組，暖色、中間色、冷色適用于不同場(chǎng)所。   　　根據(jù)《GB 50034-2004建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，室內(nèi)照明光源相關(guān)色溫可分為3組，小于3300K為暖色，適用于客房、臥室、病房、酒吧、餐廳；3300K～5300K為中間色，適用于辦公室、教室、閱覽室、診室、檢驗(yàn)室、機(jī)加工車間、儀表裝配；大于5300K為冷色，適用于熱加工車間、高照度場(chǎng)所。   　　在《GB 50034-2004建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定，長(zhǎng)期工作或停留的房間或場(chǎng)所，照明光源的顯色指數(shù)(Ra)不宜小于80。在燈具安裝高度大于6米的工業(yè)建筑場(chǎng)所，Ra可低于80，但必須能夠辨別安全色。   　　在LED射燈選購(gòu)時(shí)，需詳細(xì)閱讀廠家提供的說明書或包裝說明，確定產(chǎn)品的供電電壓以及產(chǎn)品相關(guān)參數(shù)，包括光通量、色溫、功率、顯色指數(shù)、角度等。在室內(nèi)照明中，進(jìn)行LED射燈選購(gòu)時(shí)，首先要確定是采用市電直接供電，還是采用變壓器轉(zhuǎn)換后供電，以此來選擇是購(gòu)買MR16還是其他射燈；其次要確定射燈的燈頭和出光尺寸；再次需確認(rèn)所需射燈的角度范圍；最后可根據(jù)上述《GB 50034-2004建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》要求，根據(jù)使用場(chǎng)合確認(rèn)色溫、顯色指數(shù)以便達(dá)到想要的照明效果。如果在對(duì)燈具參數(shù)不是很懂的情況下，可以查看包裝上的等效標(biāo)示，看等效于多少功率的傳統(tǒng)燈具，從而進(jìn)行選擇。   　　由于現(xiàn)有各廠家的LED射燈技術(shù)良莠不齊，很多廠家為了解決散熱和電源放置空間的問題，不是完全參照IEC 60630設(shè)計(jì)射燈外形。而射燈在有些時(shí)候是作為一些燈具的光源使用，因此需要明確該LED射燈是否可以裝入該燈具內(nèi)。如果不能裝入，還需要再購(gòu)買與之相匹配的燈具外殼，進(jìn)行整體式替換。對(duì)于MR16射燈，由于其前端有一個(gè)電子變壓器或工頻變壓器，購(gòu)買MR16時(shí)還需要確認(rèn)是否可以與該變壓器兼容，如果不兼容就會(huì)出現(xiàn)燈閃或不亮的情況。對(duì)于可控硅調(diào)光的射燈，還需要考慮燈具與調(diào)光器的兼容性問題，否則會(huì)出現(xiàn)調(diào)光時(shí)燈閃爍或不能調(diào)光的現(xiàn)象。   　　燈具結(jié)構(gòu)百家爭(zhēng)鳴   　　目前的LED射燈均為自鎮(zhèn)流式，即LED驅(qū)動(dòng)電源全部?jī)?nèi)置在燈體內(nèi)部，直接接電即可使用。LED射燈主要由光學(xué)器件(透鏡、反光杯)、LED光源、散熱器、驅(qū)動(dòng)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)和加工上有很大差別。   　　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。采用多顆大功率LED的方式，通常需要一個(gè)電路板將LED做電氣連接。該電路板大多使用鋁基板制作(MCPCB)，部分設(shè)計(jì)也有采用玻纖板(FR-4)制作的，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，透鏡通常是對(duì)每顆LED進(jìn)行獨(dú)立配光之后，再組合成一個(gè)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(dòng)電源輸出線連接到LED燈上，并同樣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(gè)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，而小角度的配光有難度。   　　此外，對(duì)于大出光面的射燈，大多采用多個(gè)光學(xué)器件組合的方式完成整個(gè)燈具的二次配光設(shè)計(jì)。   　　LED驅(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)主要采用開關(guān)電源實(shí)現(xiàn)，分為隔離式和非隔離式。隔離電源的初級(jí)和次級(jí)形成了電氣隔離，在射燈設(shè)計(jì)時(shí)，只需要將電源初級(jí)與外殼或其他人體可接觸部分做好充分的防觸電即可，而次級(jí)通常為安全電壓，可做簡(jiǎn)單防護(hù)即可。這類電源相對(duì)安全可靠，但要求放置空間大，轉(zhuǎn)換效率也較低。非隔離電源由于初、次級(jí)之間未做電氣隔離，需在結(jié)構(gòu)上做更嚴(yán)格的防護(hù)隔離，但該類電源效率高，體積小。除開關(guān)電源外，還有多種其他LED驅(qū)動(dòng)方式，不過安全性和可靠性都較低，需要在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上多做努力，以滿足相關(guān)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。   　　由于LED的可控制性，各廠家都開發(fā)了可調(diào)光的的LED射燈?，F(xiàn)有的主要調(diào)光方式有可控硅調(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(qū)動(dòng)電流或電壓的方式改變LED的亮度。   　　燈殼散熱器   　　燈殼散熱器是考量各廠商設(shè)計(jì)能力的首要之處。大多數(shù)廠家的散熱器都是采用鋁材質(zhì)，加工工藝為有機(jī)加工及模具成型等方式。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，各廠家為了加大射燈的散熱能力，通常采用翅片的方式。   　　另外，燈殼部分也有用導(dǎo)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)品具有很高的電氣安全性能，便于內(nèi)部LED驅(qū)動(dòng)的安全隔離。但這兩種材料的導(dǎo)熱系數(shù)較低，不利于熱傳導(dǎo)，對(duì)熱傳導(dǎo)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(diǎn)，可以使LED射燈的重量得到大幅減輕