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一种极 高光效的平板投光灯

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 投光灯 有时候也叫泛光灯,过去的 理解主要是用来照亮外墙,作为一 种装饰性的照明,而且主 要是商家或公家单位使用,和个人家庭没有关系。实际上 这种看法在国内也许是正确的,但是在 国外就不完全是如此。我们知道,在国外,尤其是美国,所有私 人住宅都是单独的房子,或者国内叫做“别墅”的房子。在这种 住宅里这种投光灯就有很多用途:


  1. 可以用来照亮车道。因为在 国外进出都靠私家车,所以车 库大门也就是整个屋子的大门,当然边 上通常还有一个步行进屋的大门。而这个 车道通常有几米到十几米长。这段车 道也是需要照明的,而普通 的路灯通常是只照大路的,私家车 道的照明是要自己解决的,这时候 这种投光灯就可以派上用场。


  2. 用来作 为后花园的照明。通常在房子的后面,总会有一个小花园,在花园 里会放一些桌椅,可以在晚上纳凉之用。这时候 就需要有一个投光灯来照亮这一个环境。也可以 采用投光灯来作为照明之用。


  而且这 种灯也可以用于室内,例如


  3. 差不多 所有家庭都有车库,而车库 采用球泡灯照明是远远不够的,完全需 要这种大功率的平板投光灯。


  4. 很多家 庭往往还有一个地下室,地下室 通常是作为储藏室,堆放一些杂物。这个地 下室的照明用一个球泡灯是不够的,往往需 要有更大功率的灯具,投光灯 就是一种非常适合于这种用途的灯具。


  一旦投 光灯能够用在家庭里,它的需 求量就会很大了!


  为了这个目的,作者就 专门设计了一个110V的平板投光灯。


  为什么叫“平板”


  过去我 们一提到投光灯马上会想起一个四四方方的大黑盒子(见下图)。

  因为它 的下面要有一个放电源的空间,后面还 要有很多很长鳍片的散热器,它的厚度超过12cm。显然这 样的投光灯是不可能称之为“平板”型的。


  因为我 们采用了很高光效的LED晶片,所以同 样的瓦数它的热量很低,而不需 要这样大的散热器,而可以 采用一种称之为“平板”型的外壳散热器(见下图):

  这种散 热器的厚度只有3cm,上面的鳍片高度只有5mm,所以称 之为平板型外壳一点也不为之过。其尺寸为20x23.5 cm,重量为1.25kg。其结构符合IP65,可以用于室外。


  什么样 的灯芯才能够用这种平板散热器


  那么是 不是所有的灯芯都可以用这种平板散热器,或者说 这种散热器可以散多少瓦的热?


  这种外 壳散热的标称值是30W。但是对 不同光效的灯芯,其产生 的热量是不一样的为了提高光效当然首先要采用光效越高的LED晶片越好。但是也 不可能采用实验室里的极高光效的LED晶片而 只能采用市面上已经批量生产的高光效LED晶片。我们采 用的是湖南怀化亿福照明有限公司的3030型LED晶片,这个LED晶片的光效在100mA时为170lm/W。


  我们所 采用的恒流源是我们自己公司的专利芯片,这种恒 流源的效率可以在很大的输入市电电压范围内一直保持99%的效率(见下图)


  蓝色为 恒流源本身的效率,红色为 加上整流器以后的总效率,在175V-265V内恒流源的效率都在99%以上,即使包 括整流器的效率在内,其效率也高于98%,而且在 这么宽的输入电压范围内都能保持不变。


  因为这 种平板外壳并没有专门为恒流驱动源留出位置,所以无 法采用有单独外壳包装的外置电源,幸好我 们的恒流源不需要单独的外壳,而且因为效率很高,所以可以直接和LED晶片放 在同一块铝基板上,而不会 由于恒流源本身的功耗而提升LED的结温。这种结构我们称之为“光引擎”(见下图)。


  因为我 们这个灯是为美国市场设计的,所以输入电压为110V。为了得到30W的功率 我们采用了两串LED并联的连接方法。每串有60颗LED。工作电流为100mA。


  整灯的光电性能


  一开始就做了两个灯。第一个灯是30W(实测33W)的,它测出来的光效只有117.81lm/W。整灯的流明数为4000lm。为了要 了解这种平板散热器的散热性能,我们测试了它在33W时的温升。在点亮一个小时以后,其外壳温度为46度,而铝基板温度为50.8度。所以温 升还是比较低的,证明了 这种平板散热器完全可以用在33W。如果采 用更高光效的光引擎,甚至50W也是可能的。


  后来为了提高光效,就把这 个灯的功率降低为20W。所得到 的光电性能如下图所示:


  由图中 可以看出它的实测功率是19.6W,输出2947流明,如果功率是准确的20W,那么它 的流明数就是准确的3000流明,而整灯光效高达150lm/W。显色指数也高达82。可以满 足大多数情况的要求。


  光电性 能里最重要的指标是整灯光效,我们可 以先来估算一下在通常的情况下光效是多少,我们用的3030LED晶片本 身的光效最高可达170lm/W。


  因为一 般的线性电源的效率为85%,灯壳的 玻璃罩的透光率为90%,所以整灯光效应该是170lm/Wx0.85x0.9=130lm/W。而现在 我们实测的整灯光效高达150lm/W,这可以 证明我们的恒流源的效率高达98%。因为170lm/Wx0.98x0.9=150lm/W。


  作者在alibaba.com上查了20几个功 率类似的投光灯,其光效都只有100-110 lm/W左右。只有一 个日本生产的光效可达到140lm/W。所以可 以认为这个平板投光灯的光效是目前世界上最高的了,不过相 信这个记录很快就会被打破的,因为LED技术的 发展实在是太快了!


  因为我 们的高光效有很大一部分是由于采用了效率高达98%的恒流源,所以只 要我们采用世界上光效最高的LED晶片,我们的 光效仍然会比其它采用同样光效LED晶片的灯具要高,这是没 有人可以赛过我们的!


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