張乃月

(合隆防爆電氣有限公司,浙江 樂清 325600)

淺談AC LED光源在Ⅱ類防爆燈具中的應(yīng)用

張乃月

(合隆防爆電氣有限公司,浙江 樂清 325600)

本文針對(duì)AC LED光源的特點(diǎn)及在Ⅱ類防爆燈具的應(yīng)用做一詳細(xì)論述。

AC LED；節(jié)省；創(chuàng)新

1 Ⅱ類廠用防爆燈具領(lǐng)域應(yīng)用背景

廠用防爆燈具一般應(yīng)用在石油、化工、冶金、電力、醫(yī)藥等存在丙炔、乙炔、丙烷、氫氣、二硫化碳、二甲醛、二乙醚、四氟乙烯等可燃性危險(xiǎn)氣體或粉塵的Ⅱ類場(chǎng)所，因其使用場(chǎng)所的廣泛性，現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)不同的安裝方式和照明需求，各種結(jié)構(gòu)、各種光源的燈具使用都非常多。目前從結(jié)構(gòu)分有：分體式、組合式、一體式；從光源類型分有：節(jié)能燈、免維護(hù)無極燈、LED和氣體放電燈以及熒光燈、鹵素?zé)?、氙氣燈等；從外殼材質(zhì)分：鑄鋁合金、不銹鋼、全塑外殼等；為實(shí)現(xiàn)節(jié)能節(jié)效，LED燈已逐漸成為此行業(yè)的主打產(chǎn)品，但目前考慮到LED光源本身的散熱限制，大部分都是將DC LED光源和驅(qū)動(dòng)裝在一個(gè)腔體內(nèi)時(shí)，光源與驅(qū)動(dòng)間預(yù)留很大的散熱空間，或?qū)⒐庠磁c驅(qū)動(dòng)分開組裝到不同的腔體內(nèi)，腔體外表增設(shè)散熱筋，為保證DC LED的使用壽命，不得不以增大外殼的體積方式來控制防爆燈具的表面溫度及電器元件的溫升點(diǎn)；這樣往往導(dǎo)致防爆LED燈具比其他光源的防爆燈具初始成本高出很多，即使使用中節(jié)省了電量成本，免除了后期的維護(hù)費(fèi)用，因初期防爆燈具的采購成本相對(duì)較高，綜合算下來的整體成本節(jié)省并不明顯。

AC LED的誕生有效的解決了此問題，因其將光源和驅(qū)動(dòng)合為一體，故應(yīng)用在防爆燈具時(shí)能將外殼尺寸變的更緊湊，從而實(shí)現(xiàn)燈具的整體尺寸、重量和成本都縮減一個(gè)層次，實(shí)現(xiàn)了更大程度的節(jié)能。

2 AC LED光源的特點(diǎn)

(1)定義

AC LED光源相對(duì)于傳統(tǒng)DC LED光源，無須經(jīng)過交直流的轉(zhuǎn)換，可直接接入交流220V或交流110V電源即可發(fā)光，目前市場(chǎng)上AC LED光源功率最低可做到3W，最高可做到200W；

(2)燈具采用AC LED光源的優(yōu)點(diǎn)

LED燈具無需單獨(dú)另配電源驅(qū)動(dòng)，早已為業(yè)界內(nèi)研究突破的技術(shù)課題，在應(yīng)用中LED燈具的整機(jī)實(shí)際使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于LED光源本身壽命的理論值，其原因是驅(qū)動(dòng)電源易于損壞或輸出不穩(wěn)定、電參數(shù)匹配度不高導(dǎo)致LED光衰快、燈珠燒壞等現(xiàn)象，從而使整燈的壽命無法達(dá)到LED光源本身的壽命值，業(yè)內(nèi)流傳：“100個(gè)燈具維修、維護(hù)中有99個(gè)是因?yàn)轵?qū)動(dòng)電源出現(xiàn)問題”。驅(qū)動(dòng)電源在整體燈具中成本占到30%左右，在AC/DC交流與直流電壓的轉(zhuǎn)換過程中，其功率損耗高達(dá)30%，因此摒棄驅(qū)動(dòng)電源，不僅可提高整燈的光效、降低成本，還可避免因驅(qū)動(dòng)電源的問題造成LED燈具的損壞或壽命縮短，且交流電源直接輸入無正負(fù)極之分，不會(huì)發(fā)生由于誤操作導(dǎo)致光源燒壞的現(xiàn)象，使用更靈活方便、可靠性更高。

(3)AC LED光源的技術(shù)分類及工作原理

①一種是由單芯片封裝，芯片上設(shè)有串聯(lián)LED單元，并利用此LED單元組成整套流路，實(shí)現(xiàn)交流發(fā)光，這類光源以韓國三星公司為代表，參見圖1，其工作原理如圖2，將若干LED微小晶粒采用交錯(cuò)的矩陣排列方式，工藝均分為五串，AC LED晶粒串聯(lián)組成類似一個(gè)整流橋，整流橋的兩端分別聯(lián)接交流源，另兩端聯(lián)接一串LED晶粒，交流的正半周沿藍(lán)色(實(shí)線)通路流動(dòng)，3串LED晶粒發(fā)光，負(fù)半周沿虛線通路流動(dòng)，又有3串LED晶粒發(fā)光，四個(gè)橋臂上的LED晶粒輪番發(fā)光，相對(duì)橋臂上的LED晶粒同時(shí)發(fā)光，中間一串LED晶粒因共用而一直在發(fā)光。

LED晶粒在50Hz的交流電路中會(huì)以每秒50次的頻率輪替點(diǎn)亮，整流橋得取的直流是脈動(dòng)直流，LED的發(fā)光是閃動(dòng)的，因LED有斷電余輝續(xù)光的特性，且余輝可保持幾十微秒，另人眼對(duì)流動(dòng)光具有惰性記憶，故人眼對(duì)LED光源的發(fā)光+余輝的工作模式解讀是連續(xù)在發(fā)光的效果，實(shí)際情況LED一半時(shí)間在工作發(fā)光，一半時(shí)間在休息，因而發(fā)熱量相比DC LED減少40%左右，因此AC LED的使用壽命較DC LED長(zhǎng)。

圖1

圖2

②另一種是由美國和德國發(fā)明的光/電源一體式模組，應(yīng)用最為廣泛。采用將交流整流元件和驅(qū)動(dòng)元件外加在封裝線路中組成光/電源一體化的發(fā)光模組，目前從形狀上市場(chǎng)應(yīng)用較多的有圓形的和方形的，參見圖3～圖6。

圖5 DC LED

圖6 AC LED

(4)AC LED光源比DC LED光源應(yīng)用晚的原因

AC LED光源在國外很早已經(jīng)出現(xiàn)，韓國首爾半導(dǎo)體公司早在2005年就已經(jīng)用交流電直接驅(qū)動(dòng)LED使其發(fā)光，其次是德國、美國、臺(tái)灣等相繼完成了其產(chǎn)業(yè)化的生產(chǎn)，近年國內(nèi)公司如卓耐普光電公司、中電金臺(tái)光電、新力光電、紅日光電等光源企業(yè)如雨后春筍陸續(xù)破土而出。

單芯片封裝架構(gòu)AC LED的最大缺點(diǎn)是在很小的晶粒上連接多個(gè)發(fā)光器件，而有限的芯片面積限制了更大功率輸出，其工藝也影響了光效、內(nèi)置恒流的不易控制，當(dāng)電網(wǎng)電壓升高時(shí)使耗散功率驟增從而會(huì)造成光源的損壞。

目前廣為流行的光/電源一體式模組多采用以鋁基板COB封裝，線性恒流技術(shù)有效解決了大功率輸出的問題，成為AC LED光源的主流，然而這種技術(shù)的致命缺點(diǎn)是它必需依賴覆有多層熱阻的鋁(或銅)的基板,傳統(tǒng)鋁(或銅)基板是將FR4纖維板或BT板經(jīng)過壓合工藝成為一體，其導(dǎo)熱系數(shù)最好的只有2 w /m-K左右，與沒有絕緣層的純鋁導(dǎo)熱系數(shù)為237w/m-K相比相差一百多倍，如此大的封裝熱阻，必然使熱耗比增大，從而提高了LED光衰和損壞系數(shù)，相比單芯片封裝架構(gòu)而言降低了LED的使用壽命。

(5)AC LED光源的未來趨勢(shì)

AC LED光源的技術(shù)應(yīng)用目前正處于高速發(fā)展期，從其發(fā)展趨勢(shì)上看，該項(xiàng)技術(shù)必然會(huì)成為行業(yè)發(fā)展的一個(gè)必然趨勢(shì)和方向，在未來的大約5年的時(shí)間段內(nèi)市場(chǎng)的應(yīng)用率將達(dá)到80%以上，給原與DC LED配套的驅(qū)動(dòng)企業(yè)以革新性沖擊影響，會(huì)逐漸改變目前的DC LED產(chǎn)業(yè)格局。

3 AC LED光源在Ⅱ類防爆燈具中的應(yīng)用

AC LED的誕生有效的解決和提高了設(shè)計(jì)水平，將燈具的整體尺寸、重量及成本都有效進(jìn)行了縮減，使用更靈活、更便利，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)見圖7、圖8。

圖7 DC LED防爆燈具

圖8 AC LED防爆燈具

任何新產(chǎn)品或新技術(shù)都會(huì)給企業(yè)帶來新市場(chǎng)，唯有創(chuàng)新才是企業(yè)發(fā)展的必經(jīng)之路，只有看清趨勢(shì)，目標(biāo)明確，才可增長(zhǎng)利潤(rùn)；但任何新生事物的初期都是不夠完善的，需要有一個(gè)技術(shù)改進(jìn)和市場(chǎng)驗(yàn)證、接受的過程，AC LED在防爆燈具的應(yīng)用中可使整燈成本相比DC LED減少20%～30%，必然會(huì)成為行業(yè)發(fā)展的一個(gè)新方向。

[1] 張顯力.防爆電氣概論 [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2008.

[2] GB24819-2009,普通照明用LED模塊安全要求[S].

[3] GB/T24823-2009,普通照明用LED模塊性能要求[S].1/4.

Discussion on the Application of AC LED Light Source in the Class II Explosion-proof Lamps

ZHANG Nai-yue

(Helon Explosion-proof Electric CO.,LTD. Yueqing 325600，China)

In this paper, It discusses the characteristics of AC LED light source and the application in class II explosion-proof lamp in detail.

AC LED;energy-saving;innovative

1004-289X(2017)01-0076-03

TM923

B

2016-12-20