一种极高光效的平板投光灯

一种极高光效的平板投光灯

作者:深圳埃菲莱光电科技有限公司  茅于海

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)。

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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):

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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)

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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)。

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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:

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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!