LED日光灯与全波管灯结构

GSP_LED_Dr_WU_150914作者:吴懿平 博士

GSP_LED_01_150914传统日光灯,又称为荧光灯管(英文名字为fluorescent lamp)或光管,是利用低气压的汞蒸汽在通电后产生的紫外线,激发管内涂覆的荧光粉发出可见光,它属于低气压弧光放电光源。传统日光灯的发光效率约为50 lm/W,比普通白炽灯泡节能三倍多,广泛应用于居室照明、工业照明、商场等各种场所,尤其在办公照明市场具有统治地位。常用产品形式有:T5、T8、T10、T12,规格中“T+数字”组合,表示日光灯灯管的管径,一个T=1/8吋,一吋为25.4 mm,数字代表T的个数。如T5=25.4 mm×1/8×5=16 mm。常见标称功率有4 W、6 W、8 W、12 W、15 W、20 W、30 W、36 W、40 W、65 W、80 W、85 W和125 W。灯头接口的主要形式有G5、G13。

LED日光灯是采用固态光源LED作为发光单元的灯具。LED日光灯的出现,打破了传统日光灯统治办公照明市场的格局。首先,LED的光效更高,可达100 lm/W以上,是汞蒸汽放电日光灯的两倍以上。其次,LED照明非常环保。传统日光灯含汞,对环境的破坏巨大,超乎预期,且易失控。一只传统40 W T8日光灯管的含汞量约20 mg,渗入地下后可能造成7 000 t水受污染。由于汞在常温下即可蒸发,使得日光灯管破碎瞬时即可使周围空气中的汞浓度超标上百倍。由于日光灯管无害处理基本上处于空白,导致破碎的灯管随生活垃圾被送到填埋场填埋,由此释放到大气环境中的汞量竟达数百吨/年。同时传统日光灯还存在频闪严重的问题,长期处于这种环境下会极大地伤害我们的眼睛。

目前,LED日光灯的推广已经取得了一定成效,同时LED日光灯也会随着成本的降低逐步占领办公照明市场。节能环保的概念已深入人心,禁止使用气体放电灯也必将会提上日程。尽管从技术上和价格上LED日光灯已经可以取代传统的日光灯,但由于LED日光灯的结构多样、质量难以监控、标准缺失和国家政策等问题,使得用LED日光灯取代传统日光灯还有很多工作要做。本期文章将分别从结构、驱动电源、生产工艺及设备、价格等角度分析对比不同类型LED日光灯存在的问题,提出相应的解决方案,最后重点介绍了玻璃LED日光灯的自动化生产工艺。

LED日光灯

LED日光灯分类GSP_LED_03_150914

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传统日光灯的分类方式主要是按管径进行分类的。而LED日光灯在发展过程中形成了多种结构形式,因此我们按照LED日光灯的结构形式进行了分类。表1是按不同结构方式分类的LED日光灯。

LED日光灯的结构GSP_LED_02_150914

由于材质的不同,LED日光灯有不同的灯体结构。图1为目前市场上LED日光灯的三种主要结构形式,分别为玻璃管、铝塑管和全塑管LED日光灯。三种日光灯也因结构不同,在灯具成本、散热性能、安全性、自动化生产等方面有很大的不同。

玻璃管LED日光灯

玻璃管LED日光灯是在铝基板灯条上点导热硅胶然后放入玻璃管内,固化后铝基板灯条与玻璃贴合固定,再连接驱动、紧固灯头、老化测试包装后即完成了整个灯具的生产。玻璃管LED日光灯有很多优势:透光率高,透明玻璃管透光率可达98%,乳白玻璃管的透光率也可达90%以上;散热好,铝基板与玻璃管通过导热硅胶紧紧贴合,LED可通过“铝基GSP_LED_02_150914板—导热硅胶—玻璃”的散热通道散热;绝缘,容易过相关认证;玻璃无黄变、无形变、材料成本低;生产工艺成熟,人工成本低,有玻璃灯管点胶机设备,完全可实现全自动化生产,生产效率非常高。不足之处是灯条插入玻璃管时容易划伤玻璃管内表面,用胶量过多且玻璃易碎,包装运输成本增加。

铝塑管LED日光灯

铝塑管LED日光灯又叫半铝半塑LED日光灯,外壳由PC罩和散热铝组成,生产时,将铝基板灯条插入散热铝的内卡槽中,然后还需将PC罩插入散热铝的外卡槽中,这两步均需手工完成,之后再连接驱动、紧固灯头、老化测试包装后即完成了整个灯具的生产。铝塑管LED日光灯的优势是:散热优良,铝基板直接与散热铝贴合,LED可通过“铝基板—散热铝”的散热通道散热,同时散热铝表面上有一些条纹,可增大散热面积,加强散热;铝塑管的劣势也很明显:材料成本高、PC罩透光率不好、易黄变;安全性差。由于铝基板中覆铜电路层与铝板仅有一层很薄的绝缘层,很容易击穿导致散热铝外壳带电,触摸铝外壳会有触电的危险,因此必须需采用隔离电源和低压供电的LED串,难以过安规认证。生产工序繁琐,需要人工操作,难以实现自动化生产,效率低且人工成本高。

全塑管LED日光灯

市场上的全塑管LED日光灯有两种,一种是只有塑料圆管;一种是塑料圆管内套有散热铝的结构。对于第一种只有塑料圆管的结构,散热差,只用于低端市场,这里不讨论。对于第二种全塑料LED日光灯,安装过程与铝塑管LED日光灯类似,也存在难以自动化,成本高,PC罩透光率不好易黄变等问题,并且散热也没有铝塑管的好。但是,全塑管LED安全性高,由于外壳全是塑料,很容易过相关认证。

LED日光灯的电源GSP_LED_04_150914

GSP_LED_04_150914LED日光灯的电源分为内置式和外置式两种。内置式的电源可以放在灯管内部,其最大优点是只需去除启辉器就可以直接替换现有的荧光灯管,内置式的形状一般是长条形,以便塞进灯管中去。内置式电源有两种,一种是非隔离式,一种是隔离式。外置式的电源与光源是分开的,电源不在同一根灯管内,采用一个大功率的AC/DC开关电源统一供电,而每个日光灯则采用单独的DC/DC恒流模块,供电模式如图2所示。外置式电源虽然有利于光源和电源的散热,但维修和更换比较麻烦,一般多用于采用多根灯管的场所,如学校、办公室、商城等。而内置式LED日光灯管损坏后,只要直接像荧光灯灯管那样卸下,换上新的即可。因
此,LED日光灯电源发展趋势将是以内置式电源为主,外置式电源为辅。下面主要介绍内置式电源。

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