聶叢偉

摘要：在大型會(huì)議室、賓館大堂、展廳及中高檔商場(chǎng)等照明質(zhì)量要求較高的重要場(chǎng)所的LED照明工程改造過(guò)程中通過(guò)對(duì)目前最常用的嵌入式的金鹵筒燈的特點(diǎn)和光電學(xué)參數(shù)的研究分析，設(shè)計(jì)開發(fā)了一款基于熱管嵌入式的大功率筒燈。

關(guān)鍵詞：熱管嵌入；LED筒燈；設(shè)計(jì)

1 金鹵燈筒燈應(yīng)用現(xiàn)狀：

從二十世紀(jì)六十年代金鹵燈誕生以來(lái)，金鹵燈一直被公認(rèn)為高效的寬光譜光源而被迅速推廣應(yīng)用。尤其是在二十世紀(jì)九十年代開始，大量的應(yīng)用到了大型會(huì)議室、賓館大堂、展廳及中高檔商場(chǎng)等照明質(zhì)量要求較高的重要場(chǎng)所，并占有了大量的市場(chǎng)份額，已經(jīng)安裝的150W的金鹵筒燈數(shù)量極大，色溫一般分為：3000k，4000k，顯色指數(shù)在80左右，光通量8000lm。這些場(chǎng)合大量使用金鹵燈筒燈。

2 LED筒燈基本介紹

筒燈是室內(nèi)照明燈具的主要燈具，占室內(nèi)照明市場(chǎng)30%以上的份額。目前嵌入式LED筒燈的常用規(guī)格為7W，12W，18W，20W，飛利浦嵌入式筒燈最大功率20W，歐普、史福特筒燈最大為18W，雷士商業(yè)燈具最大20W，工程用燈具35W，其他非品牌燈具大多以20W以內(nèi)為主，個(gè)別有35～40Wled筒燈，但可靠性未經(jīng)認(rèn)證。按LED燈具效率100～110lm/W計(jì)算，燈具的最大光通量最大也不超過(guò)4000lm，光通量最高僅能替代70W以下金鹵燈，而150w嵌入式筒燈的光通量一般在8000lm左右，由于LED光源對(duì)散熱要求嚴(yán)格，150W嵌入式金鹵燈剛好介于LED體積與功率的瓶頸區(qū)域，無(wú)法跨越，如果不改變筒燈開孔尺寸，無(wú)法達(dá)到替換的目標(biāo)。

嵌入式筒燈是在屋頂上開孔將燈具鑲嵌在天花上，最大特點(diǎn)就是能保持建筑裝飾的整體統(tǒng)一與完美，不會(huì)因?yàn)闊艟叩脑O(shè)置而破壞吊頂藝術(shù)的完美統(tǒng)一。

3 LED替換換金鹵筒燈

對(duì)于大型會(huì)議室、賓館大堂、展廳及中高檔商場(chǎng)等照明質(zhì)量要求較高的場(chǎng)所（層高一般在6米～20米之間），150W嵌入式的金鹵筒燈已是設(shè)計(jì)師的首選。金鹵燈光源光通量盡管較高，但受燈具效率的影響，150W金鹵筒燈的整燈光通量在8000lm左右，它的直徑一般是6吋、8吋、10吋，整燈光效在50～60lm/W。在LED已普遍應(yīng)用的今天，光效顯然不滿足節(jié)能指標(biāo)的要求。除此之外，金鹵燈有以下不可克服的缺點(diǎn)：

1）燈具啟動(dòng)時(shí)間，需要1～2分鐘方可達(dá)到正常亮度；

2）熄滅不能馬上啟動(dòng)，需要等3～5分鐘燈具冷卻后才能再次開啟，無(wú)法接入應(yīng)急照明系統(tǒng)；

3）高溫環(huán)境使得鎮(zhèn)流器電器元件退化加速，啟動(dòng)時(shí)伴有蜂鳴，與箱體共振產(chǎn)生噪音；

4）使用久了，燈具色溫會(huì)有偏移，不同批次的產(chǎn)品色溫也有偏差；

5）燈具點(diǎn)亮?xí)r產(chǎn)生高溫，具有安全隱患，同時(shí)也需要更大功率的空調(diào)帶走熱量，增加額外的空調(diào)負(fù)荷；

6）燈具內(nèi)部含汞，破損后對(duì)環(huán)境會(huì)有污染。

盡管150W嵌入式金鹵筒燈有以上缺點(diǎn)，但由于在LED技術(shù)成熟之前，金鹵燈是光效最高的光源，已大量的應(yīng)用到大型會(huì)議室、賓館大堂、展廳及中高檔商場(chǎng)等重要場(chǎng)所，裝修風(fēng)格已經(jīng)定型。在不改變裝修條件下，現(xiàn)有的LED筒燈在8～10吋一般最大功率30～40W，光通量4000lm，無(wú)法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單替換150w金鹵筒燈（8000lm）。為此，非常有必要設(shè)計(jì)一款能替代常見金鹵燈筒燈的LED筒燈。

4 熱管嵌入式LED筒燈的開發(fā)與設(shè)計(jì)

采用LED光源模組，通過(guò)對(duì)散熱通道設(shè)計(jì)、快速更換結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、專用電源及可靠性等關(guān)鍵技術(shù)開展研究工作，開發(fā)出采用原結(jié)構(gòu)外殼作為支撐結(jié)構(gòu)，不改變?nèi)魏蔚蹴斞b修效果，采用等光通量對(duì)150W嵌入式金鹵筒燈快速替換。

4.1 LED光源模組

通過(guò)實(shí)驗(yàn)和理論模擬成功優(yōu)化了藍(lán)光波長(zhǎng)與熒光粉組合匹配，找到了功率LED的光效、色溫、顯色指數(shù)、色容差的最佳結(jié)合點(diǎn)，并實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；a(chǎn)。色溫3000K，顯色指數(shù)大于90，LED光源模組光效達(dá)到150lm/W。

4.2 熱管嵌入式散熱設(shè)計(jì)

將熱管吸取的熱量向鋁錠安裝座導(dǎo)熱，以加快散熱效果，而在熱管這個(gè)結(jié)構(gòu)中，底部（熱管）熱，頂部（熱管）涼，在熱管內(nèi)部中形成對(duì)流現(xiàn)象，加快散熱效果，為了使熱管內(nèi)部的熱量更好的進(jìn)行傳導(dǎo)，而在熱管中加載了一個(gè)倒置漏斗，熱管底部熱量受熱，介質(zhì)受熱向上流動(dòng)，在漏斗的收集下沿漏斗上升，而漏斗外側(cè)的介質(zhì)將填充受熱介質(zhì)上流產(chǎn)生的空間，利用流動(dòng)加快了熱管底部的熱量傳導(dǎo)給介質(zhì)腔的介質(zhì)，另外還可以利用套管，使受熱介質(zhì)沿?zé)峁芄鼙谏狭鳎谶@一過(guò)程，熱量快速通過(guò)管壁向鋁錠安裝座散熱，而頂部的介質(zhì)則在中間向下流動(dòng)。更好的加快散熱效率。如下圖所示：

4.3 專用電源及可靠性

LED供電系統(tǒng)（POWER）設(shè)計(jì)：采用寬電壓范圍，高轉(zhuǎn)化效率和高穩(wěn)定度的開關(guān)電源，為L(zhǎng)ED燈具供電，避免電壓波動(dòng)造成的照明狀態(tài)變化的影響。采用PWM恒流模式，PWM 調(diào)光是通過(guò)改變 PWM 方波信號(hào)占空比來(lái)獲得對(duì)等電流。它利用驅(qū)動(dòng)器反復(fù)開關(guān)來(lái)獲得占空比不斷變化的方波，從而改變輸出電流，調(diào)節(jié) LED 亮度。PWM調(diào)光能夠提供高質(zhì)量光源，應(yīng)用簡(jiǎn)單且效率高。如果采用PWM 恒流，在頻率不高的時(shí)候可能會(huì)產(chǎn)生一定頻率的頻閃，長(zhǎng)時(shí)間處于高頻頻閃的光環(huán)境中，會(huì)使人眼產(chǎn)生視覺疲勞。而固定工作頻率、工作模式的 LED驅(qū)動(dòng)器以及 PWM 調(diào)光機(jī)制被用于高端照明場(chǎng)合，來(lái)獲得大于 60KHz 的調(diào)光信號(hào)頻率，其可有效避免光源閃爍或抖動(dòng)。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)LED筒燈的設(shè)計(jì)與開發(fā)，利用原有的金屬結(jié)構(gòu)，合理設(shè)計(jì)熱通道及對(duì)LED進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)，開發(fā)8000lm以上的LED光源模組，對(duì)150W金鹵筒燈進(jìn)行快速簡(jiǎn)單替換，是相應(yīng)國(guó)家綠色制造技術(shù)的號(hào)召，達(dá)到真正的節(jié)約資源，純綠色的照明改造。

參考文獻(xiàn)：

[1]王曉明，郭偉玲.LED新一代照明光源.

[2]裴小明.半導(dǎo)體照明的LED光源.