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[摘要]：LED灯具有发光效率高、功耗低、寿命长、环保等很多其它传统照明光源无法比拟的优势。本文根据目前半导体在照明领域中的应用，分析了LED的机理、效率、使用等问题，通过对其产生的节能与照明效果、经济投入和经济收益、减排低碳等情况进行较为全面的测算。结果表明综合效应较为显著。
[关键词]：LED原理 节能 驱动电源 保护
中图分类号：S210.4 文献标识码：S 文章编号：1009-914X（2012）35- 0387-01
1、前言
我局建筑、道路及场地照明大多采用白炽灯，荧光灯，高压钠灯，高压汞灯等高耗能照明灯具，能耗高、效率低；特别是在所有照明灯具中，白炽灯的效率是最低的，它所消耗的电能只有很小的部分，约有12%-18%可转化为光能，而其余部分都以热能的形式散失。至于照明时间，这种电灯的使用寿命通常不会超过1000小时。据统计，我国年照明用电量占总发电量的10%左右，而且以低效照明为主，节能潜力很大。因此利用新型半导体照明元件取代老式照明，能够有效降低电量发生，提高电能利用率，减少光污染和电磁干扰。节能是考虑使用LED光源的最主要原因，虽然目前LED价格比普通节能灯稍贵，但是用一年时间基本收回光源的投资，如果采用自制或者利用元器件自行改造现有灯具，那么成本可以大幅降低，并获得4-9年中每年几倍的节能净收益期。中国照明网技术论文·LED照明中国照明网技术论文·LED照明前言前言中国照明网技术论文·LED照LED的出现将给传统灯具带来巨大挑战，因而被做为新一代高效的绿色照明光源。
2、LED的原理和特性
2.1 LED的原理
LED（发光二极管），是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED的发光部分是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，另一端是N型半导体，这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个P-N结。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。
2.2 LED的特性
LED照明相比传统照明灯具具有以下优点：
（1）体积小
LED基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面，所以它非常小，非常轻。
（2）耗电量低
LED耗电相当低，直流驱动，超低功耗（单管0.03-0.06瓦）。一般来说LED的工作电压是2-3.6V，工作电流是0.02-0.03A；这就是说，它消耗的电能不超过0.1W，相同照明效果比传统光源节能近80%。
（3）使用壽命长
它为固体冷光源，环氧树脂封装，灯体内也没有松动的部分，不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰等缺点，在恰当的电流和电压下，使用寿命可达6万到10万小时，比传统光源寿命长10倍以上。
（4）高亮度、低热量
LED使用冷发光技术，发热量比普通照明灯具低很多。
（5）环保
LED是由无毒的材料作成，不像荧光灯含水银会造成污染，同时LED也可以回收再利用。光谱中没有紫外线和红外线，既没有热量，也没有辐射，眩光小，冷光源，可以安全触摸，属于典型的绿色照明光源
（6）坚固耐用
LED被完全封装在环氧树脂里面，比灯泡和荧光灯管都坚固。灯体内也没有松动的部分，使得LED不易损坏。
2.3 发光效率
光通量（lm）：光源每秒钟发出可见光量之总和。例如一个100瓦（w）的灯泡可产生1500lm，一支40瓦（w）的日光灯可产生2000lm的光通量。LED灯，单灯光效达到100lm/W，如果灯珠功率是20W，总的光通量可以达到2000LM，使用电源的效率在90%，灯珠点亮后，相互交叉会有损耗，这个损耗和所用铝基板的油墨反光效果有很大关系，一般会在10%左右的损耗，外面再加罩子，通常透明罩的透光率是94%，因此以20W的透明罩LED为例，使用最高亮的LED，总的光通量可以达到100*20*90%*94%=1692LM左右；再之，传统日光灯是全方位（360°）发光，有一大部分浪费在背面，实际用于照明的总光量只有60%-65%，一个40瓦（外加8W镇流器）的传统灯的发光量为：50lm*40瓦*65%（有效发光）=1378流明；一般LED日光灯的发光角在120°-180°，基本上都是有效光。因此，节能效果相当明显。
2.4 节能情况：
对比项目 ：18W LED日光管，40W普通日光灯，200W白炽灯。
实际能耗 18W， 48W， 200W；24小时耗电 ：LED灯为18×24=0.432度 ，日光灯为48×24=1.152度 ，白炽灯为200×24=4.8度；年用电量LED灯为 0.432×365=158度 ，日光灯为1.152×360=414度，白炽灯为 4.8×365=1752度。年电费LED灯为 158×1=158元，日光灯为 414×1=414元，白炽灯为 1752×1=1752元，这是以1度电1元、24小时开灯来计算，LED日光管一年可比普通光管省256元，比白炽灯省1594元。
3、LED驱动电源
LED电源是向LED灯提供功率的装置，也称LED电源供应器，它提供LED所有部件所需要的电能。电源功率的大小，电流和电压是否稳定，将直接影响LED灯具的工作性能和使用寿命。而LED驱动电源的输出则大多数为可随LED正向压降值变化而改变电压的恒定电流源。
3.1 LED驱动电源的特点
LED灯驱动电源具有以下特点：
（1）高可靠性：特别像LED路灯的驱动电源，装在高空，维修不方便，维修的花费也大。
（2）高效率： LED是节能产品，驱动电源的效率要高。对于电源安装在灯具内的结构，尤为重要。因为LED的发光效率随着LED温度的升高而下降，所以LED的散热非常重要。
（3）高功率因数 ：低功率因数，会对电网产生较严重的污染。
3.2 驱动方式
现在通行的有两种：一是恒压源供电。这种方式，组合灵活，一路LED故障，不影响其他LED的工作，但成本会略高一点。另一种是恒流源供电，LED串联或并联运行。它的优点是成本低一点，但灵活性较差，还要解决某个LED故障，不影响其他LED运行的问题。但是小功率照明大多采用此类驱动。
4、LED灯的保护
（1）浪涌保护： LED抗浪涌的能力是比较差的，特别是抗反向电压能力。加强这方面的保护很重要。有些LED灯装在户外，如LED路灯。由于电网负载的启甩和雷击的感应，从电网系统会侵入各种浪涌，有些浪涌会导致LED的损坏。因此LED驱动电源要有抑制浪涌的侵入，保护LED不被损坏的能力。
（2）温度保护： 电源除了常规的保护功能外，最好在恒流输出中增加LED温度负反馈，防止LED温度过高。
（3）过流保护：当被保护线路负载增大，而产生大于1.4倍额定电流时，保护器延时后切断该线路。
（4）过压保护：即便是具有稳压装置的线路，对输入电压也有上限，一旦电压升高对被供电设备可能会造成严重不可逆的物理损伤。所以电源的过压保护十分重要，防患于未然。
（5）外壳保护： 灯具外安装型，电源结构要防水、防潮，外壳要耐晒。
另外还要注意驱动电源要与LED的规格功率相适配。
5、结束语
近年来， LED已经在光源、景观照明、显示屏等领域得到广泛应用，在节能减排的政策引导下， LED在普通照明的应用中越来越普及，LED灯具有希望取代传统灯具，成为真正高效、高寿命、低成本的照明光源。
[关键词]：LED原理 节能 驱动电源 保护
中图分类号：S210.4 文献标识码：S 文章编号：1009-914X（2012）35- 0387-01
1、前言
我局建筑、道路及场地照明大多采用白炽灯，荧光灯，高压钠灯，高压汞灯等高耗能照明灯具，能耗高、效率低；特别是在所有照明灯具中，白炽灯的效率是最低的，它所消耗的电能只有很小的部分，约有12%-18%可转化为光能，而其余部分都以热能的形式散失。至于照明时间，这种电灯的使用寿命通常不会超过1000小时。据统计，我国年照明用电量占总发电量的10%左右，而且以低效照明为主，节能潜力很大。因此利用新型半导体照明元件取代老式照明，能够有效降低电量发生，提高电能利用率，减少光污染和电磁干扰。节能是考虑使用LED光源的最主要原因，虽然目前LED价格比普通节能灯稍贵，但是用一年时间基本收回光源的投资，如果采用自制或者利用元器件自行改造现有灯具，那么成本可以大幅降低，并获得4-9年中每年几倍的节能净收益期。中国照明网技术论文·LED照明中国照明网技术论文·LED照明前言前言中国照明网技术论文·LED照LED的出现将给传统灯具带来巨大挑战，因而被做为新一代高效的绿色照明光源。
2、LED的原理和特性
2.1 LED的原理
LED（发光二极管），是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED的发光部分是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，另一端是N型半导体，这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个P-N结。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。
2.2 LED的特性
LED照明相比传统照明灯具具有以下优点：
（1）体积小
LED基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面，所以它非常小，非常轻。
（2）耗电量低
LED耗电相当低，直流驱动，超低功耗（单管0.03-0.06瓦）。一般来说LED的工作电压是2-3.6V，工作电流是0.02-0.03A；这就是说，它消耗的电能不超过0.1W，相同照明效果比传统光源节能近80%。
（3）使用壽命长
它为固体冷光源，环氧树脂封装，灯体内也没有松动的部分，不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰等缺点，在恰当的电流和电压下，使用寿命可达6万到10万小时，比传统光源寿命长10倍以上。
（4）高亮度、低热量
LED使用冷发光技术，发热量比普通照明灯具低很多。
（5）环保
LED是由无毒的材料作成，不像荧光灯含水银会造成污染，同时LED也可以回收再利用。光谱中没有紫外线和红外线，既没有热量，也没有辐射，眩光小，冷光源，可以安全触摸，属于典型的绿色照明光源
（6）坚固耐用
LED被完全封装在环氧树脂里面，比灯泡和荧光灯管都坚固。灯体内也没有松动的部分，使得LED不易损坏。
2.3 发光效率
光通量（lm）：光源每秒钟发出可见光量之总和。例如一个100瓦（w）的灯泡可产生1500lm，一支40瓦（w）的日光灯可产生2000lm的光通量。LED灯，单灯光效达到100lm/W，如果灯珠功率是20W，总的光通量可以达到2000LM，使用电源的效率在90%，灯珠点亮后，相互交叉会有损耗，这个损耗和所用铝基板的油墨反光效果有很大关系，一般会在10%左右的损耗，外面再加罩子，通常透明罩的透光率是94%，因此以20W的透明罩LED为例，使用最高亮的LED，总的光通量可以达到100*20*90%*94%=1692LM左右；再之，传统日光灯是全方位（360°）发光，有一大部分浪费在背面，实际用于照明的总光量只有60%-65%，一个40瓦（外加8W镇流器）的传统灯的发光量为：50lm*40瓦*65%（有效发光）=1378流明；一般LED日光灯的发光角在120°-180°，基本上都是有效光。因此，节能效果相当明显。
2.4 节能情况：
对比项目 ：18W LED日光管，40W普通日光灯，200W白炽灯。
实际能耗 18W， 48W， 200W；24小时耗电 ：LED灯为18×24=0.432度 ，日光灯为48×24=1.152度 ，白炽灯为200×24=4.8度；年用电量LED灯为 0.432×365=158度 ，日光灯为1.152×360=414度，白炽灯为 4.8×365=1752度。年电费LED灯为 158×1=158元，日光灯为 414×1=414元，白炽灯为 1752×1=1752元，这是以1度电1元、24小时开灯来计算，LED日光管一年可比普通光管省256元，比白炽灯省1594元。
3、LED驱动电源
LED电源是向LED灯提供功率的装置，也称LED电源供应器，它提供LED所有部件所需要的电能。电源功率的大小，电流和电压是否稳定，将直接影响LED灯具的工作性能和使用寿命。而LED驱动电源的输出则大多数为可随LED正向压降值变化而改变电压的恒定电流源。
3.1 LED驱动电源的特点
LED灯驱动电源具有以下特点：
（1）高可靠性：特别像LED路灯的驱动电源，装在高空，维修不方便，维修的花费也大。
（2）高效率： LED是节能产品，驱动电源的效率要高。对于电源安装在灯具内的结构，尤为重要。因为LED的发光效率随着LED温度的升高而下降，所以LED的散热非常重要。
（3）高功率因数 ：低功率因数，会对电网产生较严重的污染。
3.2 驱动方式
现在通行的有两种：一是恒压源供电。这种方式，组合灵活，一路LED故障，不影响其他LED的工作，但成本会略高一点。另一种是恒流源供电，LED串联或并联运行。它的优点是成本低一点，但灵活性较差，还要解决某个LED故障，不影响其他LED运行的问题。但是小功率照明大多采用此类驱动。
4、LED灯的保护
（1）浪涌保护： LED抗浪涌的能力是比较差的，特别是抗反向电压能力。加强这方面的保护很重要。有些LED灯装在户外，如LED路灯。由于电网负载的启甩和雷击的感应，从电网系统会侵入各种浪涌，有些浪涌会导致LED的损坏。因此LED驱动电源要有抑制浪涌的侵入，保护LED不被损坏的能力。
（2）温度保护： 电源除了常规的保护功能外，最好在恒流输出中增加LED温度负反馈，防止LED温度过高。
（3）过流保护：当被保护线路负载增大，而产生大于1.4倍额定电流时，保护器延时后切断该线路。
（4）过压保护：即便是具有稳压装置的线路，对输入电压也有上限，一旦电压升高对被供电设备可能会造成严重不可逆的物理损伤。所以电源的过压保护十分重要，防患于未然。
（5）外壳保护： 灯具外安装型，电源结构要防水、防潮，外壳要耐晒。
另外还要注意驱动电源要与LED的规格功率相适配。
5、结束语
近年来， LED已经在光源、景观照明、显示屏等领域得到广泛应用，在节能减排的政策引导下， LED在普通照明的应用中越来越普及，LED灯具有希望取代传统灯具，成为真正高效、高寿命、低成本的照明光源。