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    寒地LED照明应用分析

    来源:zc9929.com 发布时间:2020-05-13 返回

     一、寒地环境下LED照明的优势

      相对原有的白炽灯、荧光灯和高强度气体放电灯而言,LED器件在低温下的工作性能要好的多,甚至可以说,光学性能比常温下更加卓越。这是和LED器件的温度特性密切相关的,图1是某品牌大功率LED器件温度和相对光输出曲线图。可以看出,随着结温的降低,灯具的光通量会相对增大。根据灯具的散热规律,结温和环境温度密切相关,环境温度越低,结温必然越低。另外,根据图2我们可以看出,结温的降低,还可以降低LED光源的光衰过程,延迟灯具的使用寿命,这也是大部分电子元器件的特性。

    图1 LED的结温-相对光输出曲线

     图2 LED的结温-寿命曲线

     

    二、寒地环境下LED照明面临的困难和对策

      虽然LED本身在寒地条件下有更多的优势,但不可忽略的是,LED灯具除了光源,息息相关的还有驱动电源、灯体材料以及在寒地环境下的雾天、强紫外等综合天气因素,都给这种新型光源应用带来新的挑战和麻烦。只有弄清这些制约因素,找到对应的解决方案,就能充分发挥LED光源的优势,在寒地环境中大放异彩。

    1.驱动电源的低温启动问题

      做电源开发的人都知道,电源的低温启动是个难题。主要的原因是现有的大部分成熟电源方案,都离不开电解电容的广泛应用。但是在-25℃以下低温环境中,电解电容的电解质活性明显下降,电容容量衰减很大,导致电路不能正常工作。要解决这个问题,目前有两种方案:一是采用工作温度范围更宽的优质电容,当然这会带来成本的增加。二是采用无电解电容的电路设计,包括采用陶瓷叠层电容,甚至采用线性驱动等其他驱动方案。

           此外,在低温环境下,像MOS管等普通电子器件的耐压性能也会降低,给电路的整体可靠性造成不利影响,需要特别注意。 

     

    2.塑胶材料在高低温冲击下的可靠性问题

      根据国内外一些研究机构的研究人员实验证实:很多普通塑料和橡胶材料在-15℃以下的低温下韧性变差,脆性增大。对LED户外产品而言,透光罩、光学透镜、密封件以及部分结构件都有可能采用塑胶材料,那么就需要对这些材料的低温机械性能进行仔细考虑,尤其是承力部件,避免灯具在低温环境下受到大风、意外碰撞后破裂而导致意外事故的发生。

      另外,LED灯具常采用塑胶件和金属的配合结构。由于塑料材质和金属材料在大温差环境下的膨胀系数差异较大,例如灯具常用的金属铝和常用塑料材料的膨胀系数大概相差5倍以上,这可能会导致塑料材料破裂,或者两者的间隙增大,最终致使防水密封结构失效,进而产品出现问题。

    3.LED的光色问题

      进入秋冬季节后,北方的大雾天气也会逐步多起来。当然,大雾不是高寒地区的特产,全世界到处都有,但是在这些高寒地区,光的颜色除了会涉及雾的穿透问题之外,还有感觉舒适性和环境和谐的问题。

      关于LED灯的雾穿透力的问题,业界一直讨论比较多,那么不同波长的光对雾的穿透力是否有差异,钠灯的黄光和LED的白光对雾的穿透性究竟有多少不同呢?

      观点一:在一定雾浓度下,不同波长的光,由于衍射能力不同,具有不同的雾穿透能力。这个观点也被国内外一些研究结构的相关实验证实:单色光中,黄光的雾穿透能力最强,其次是红光、绿光和蓝光。

         同时,还有一种观点认为:不同可见光透雾能力是差不多的,理由是:不同光子的尺寸大小相比而言是绿豆和黄豆的关系,而相比雾粒子的尺寸,则相当于是个足球。当雾的浓度很大的时候,任何的光都很难穿过去。这个时候表现出来钠灯的黄光比LED的白光雾穿透能力更强,其主要原因是在LED白光照射下,雾呈现白茫茫一片,而黄光则表现出很好的诱导性 。

     

    当然,在北方,除了雾的原因之外,大多季节的晚上都比较冷。冷白色得光更加会让城市显得冷清和凄凉,而暖色光会给人一种温暖、愉悦的感受,从这个角度,也应该采用更加暖色调的灯光,让城市夜色显得更加的和谐美丽。

     

     

    4.紫外老化问题

      记得在前两年上海的一次行业论坛上,有业内专家提到了一个现象。当时他们开展了一次批量的户外LED灯具实地性能测试,半年后在评估光衰指标时发现一个奇怪的现象:在同时段户外老化实验的LED灯具,光源电源的配置也是差不多的,但是24小时工作的LED隧道灯的光衰却比10个多小时工作的路灯还要小的多,他们觉得非常奇怪,经过多次分析研究,最后认为主要还是白天的紫外线对灯具相关部件的老化造成的。这个结论当时也得到了台湾一个专家的现场支持,他说他们也研究过,白天户外的紫外线对荧光粉、透镜等部件的加速老化是不可小视的。需要在透镜、灯罩等部分做抗紫外线的处理,比如镀抗紫外膜,或者在这些部件成型时加入抗紫外的组分。

     

     

    三、结语

      我们通过对寒地环境下多个因素的分析可以看出,LED作为一种半导体照明器件,有它自身的很多优势,但也存在有别于传统照明光源的一些问题,只有仔细的研究这些差异性,逐个认真分析解决,才能真正发挥出LED照明在寒地条件下的优势。