如何將鹵素臺燈轉(zhuǎn)換為led光源

據(jù)國際能源署估計，全球超過19％的電能需求用于照明。因此，全球各地都在努力用更高效的解決方案取代效率低下的白熾燈光源。

在消費者層面遏制電能需求的重點一直是推動采用緊湊型熒光燈的計劃燈（cfl）。使用cfl的選擇并非沒有結(jié)果;每個燈泡都含有汞，如果處理不當(dāng)，最終會進(jìn)入垃圾填埋場。此外，外形尺寸并非適用于所有照明應(yīng)用。一種備受關(guān)注的替代方案是磷光體轉(zhuǎn)換的“白色”led。 led流明輸出和功效 - 流明輸出與輸入功率的測量 - 繼續(xù)逐年取得重大進(jìn)展，同時，流明/美元的成本正在下降。除了節(jié)能之外，高亮度led在正確設(shè)計和操作時的使用壽命可超過50，000小時，從而消除了更換燈泡的成本。

現(xiàn)成的鹵素臺燈被用作演示的基礎(chǔ)。當(dāng)今最新生產(chǎn)led光源的真實世界表現(xiàn)。使用creexlamp?mc-e led作為光源。該產(chǎn)品在一個緊湊的封裝中集成了四個led，非常適用于mr-16和便攜式工作燈等定向照明應(yīng)用。原始燈具在改裝前后進(jìn)行了表征，以突出現(xiàn)實世界的性能差異。

圖1：現(xiàn)成的50 w鹵素便攜式臺燈。

圖2：帶有保護(hù)玻璃蓋和手柄的燈泡外殼中的50 w燈泡。

圖3：60 hz鐵芯變壓器，2.4磅。

固態(tài)照明的doe能源之星標(biāo)準(zhǔn)燈具（版本1.1 - 12/19/08）包括便攜式住宅臺燈的最小功率因數(shù)（pf）為0.7的要求。此功率級別的典型led驅(qū)動器通常具有0.5-0.6的pf，低于要求。此處介紹的解決方案專門設(shè)計用于超出住宅energystar?pf要求，無需添加額外電路。

鹵素白熾燈泡通常在250-350oc的溫度下工作，因此，燈具必須為用戶提供安全保障。在這種情況下，玻璃蓋板限制進(jìn)入燈泡以保護(hù)使用者，并且塑料外殼在燈泡上方提供隔熱罩。即使有這些安全措施，這款鹵素?zé)艟咭舶ㄒ粋€桿端的手柄，使用戶可以安全地瞄準(zhǔn)燈。玻璃是特殊的，因為它結(jié)合了一個過濾器，以減少鹵素?zé)襞莓a(chǎn)生的不必要的紫外線。這些臺燈中使用的典型12伏鹵素?zé)襞莸男史秶鸀?4至18 lm/w.請注意，如圖3所示，這只是燈泡的額定功效，不包括燈具損耗或位于燈座底部的變壓器損耗。

高亮度led顯示出明顯更高的光轉(zhuǎn)換效率，因此對于給定的光輸出產(chǎn)生更少的廢熱。較少的廢熱意味著燈組件運行得更冷，并且不會使用戶暴露在危險的高溫下。燈泡組件經(jīng)過重新設(shè)計，散熱片（圖4）安裝在燈泡夾具的現(xiàn)有塑料外殼內(nèi)。下面所示的鑄鋁插件安裝在燈殼中。中性白色cree mce（代碼 - 000-ke5 - 4000 k）安裝在金屬芯pcb子底座上以幫助組裝。使用和不使用二次光學(xué)器件評估led性能。選擇該led以滿足能源之星相關(guān)色溫（cct）要求，并且具有足夠的通量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了ssl家用臺燈要求的燈具200流明的最低要求。 led的額定為370至430流明，測試電流為350 ma，溫度為25°c?？紤]到實際驅(qū)動電流（630ma）和穩(wěn)態(tài)工作溫度，led的估計流明輸出范圍為450至600流明，具體取決于散熱器設(shè)計。二級光學(xué)元件是fraen的現(xiàn)成32度反射器（frc-m1-mce-0r），專為mc-e設(shè)計。

圖4：燈的定制散熱器shell。

圖5：cree mc-e安裝在子底座上并連接到散熱器。

圖5a：cree mc-e包括反射鏡光學(xué)器件。 》 led組件由半導(dǎo)體ncp1014ledgtgevb led驅(qū)動器評估板供電。這種高效驅(qū)動器可為led陣列提供所需的電流隔離和調(diào)節(jié)驅(qū)動電流。它具有90至265 vac的通用輸入功率范圍，允許一種設(shè)計用于多個區(qū)域，只需更換墻上插頭的電纜。現(xiàn)有的鹵素鐵芯變壓器不是這種情況，因為它專門針對一種線電壓范圍而設(shè)計。

圖6：正常負(fù)載下ncp1014ledgtgevb的功率因數(shù)性能。

評估板支持使用電位計進(jìn)行可變調(diào)光，電流調(diào)節(jié)范圍為100至630 ma。 630 ma最大電流設(shè)置為安全地保持在cree mc-e的700 ma最大工作電流以下。圖6顯示了作為輸入線電壓函數(shù)的ncp1014ledgtgevb led驅(qū)動器功率因數(shù)校正性能的典型曲線。如圖所示，對于美國線路電壓范圍，功率因數(shù)遠(yuǎn)高于0.8，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過energy star住宅ssl燈具0.7的要求。該驅(qū)動器還滿足iec61000-3-2 class c的諧波含量要求。

圖7所示為安裝在臺燈底座上的led驅(qū)動板。注意，由于提供平衡的原始變壓器從基座移除，因此需要壓載重量來穩(wěn)定燈。在專為led而優(yōu)化的便攜式臺燈設(shè)計中，底座將更寬更平，以便在不需要增加重量的情況下穩(wěn)定燈組件。圖8顯示了安裝在展示柜中的led驅(qū)動器演示板，沒有支撐頭部所需的配重。

表1中顯示的數(shù)據(jù)是在臺燈上收集的，原裝50瓦鹵素?zé)襞莺?5瓦替代燈泡鹵素?zé)襞?。轉(zhuǎn)換到led光源后進(jìn)行的附加測量顯示有或沒有額外的光學(xué)反射器，將雜散光重定向到更中心的位置。以勒克斯表示的照度是距離光源0.5米處的表面上的發(fā)光強(qiáng)度的測量值

圖7：ncp1014ledgtgevb恒流驅(qū)動板安裝在臺燈底座上。

圖8：帶備用底座。

配置設(shè)置源照度（勒克斯）引腳（w ）50 w鹵素?zé)襞ccree mc-e相比，fraen反射器光學(xué)器件高鹵素1462 56.6 led（idrive = 630 ma）2596 10.9低鹵素744 40.9 led（idrive = 100 ma）646 1.67 35 w鹵素?zé)襞ccree mc-e相比無二次光學(xué)高鹵素847 40.4 led（idrive = 630 ma）962 10.9低鹵素435 29.4 led（idrive = 100 ma）236 1.67表1：比較之前和之后。

比較光源正下方的照度重要的是，光在表面上的均勻分布也很重要，因此，在距中心偏移0.25米處選擇其他測試點以表征在正常操作條件下光的分布?？偨Y(jié)如表2所示。

燈泡照度@ 0.25m偏移（勒克斯）分析左右前方均值sigma 50 w鹵素?zé)?53 800 727 793 51.6 led光纖580 577 529 562 23.4 35 w鹵素?zé)?96 485 443 475 22.8 led 518 527 490 512 15.7表2：配光比較

在本例中，轉(zhuǎn)換后的led臺燈產(chǎn)生的照度比35瓦鹵素?zé)襞莞?3％，但耗電量減少73％。有趣的是，在原來的50瓦臺燈中單獨檢查磁性變壓器的性能后，它的損耗大約為8.3瓦，超過了轉(zhuǎn)換臺燈中l(wèi)ed的8.0瓦特。換句話說，原裝鹵素?zé)舻鬃械淖儔浩鞅绒D(zhuǎn)換后的臺燈中的led消耗的電量更多。圖9顯示了左側(cè)鹵素?zé)艉娃D(zhuǎn)換后的led燈之間的亮度模式比較。正確的。比較是在一個35瓦的鹵素?zé)襞莺蜎]有任何二次光學(xué)元件的led之間。注意由gy6.35鹵素?zé)襞莸墓軤钚螤町a(chǎn)生的不均勻圖案。相反，led組件安裝在散熱器的圓形凹陷區(qū)域中，如圖5所示。這提供了更圓的光圖案，在所有方向上均勻照明。高亮度led由于其朗伯的光結(jié)構(gòu)而在提供均勻的定向光分布方面表現(xiàn)優(yōu)異。

使散熱器內(nèi)的led凹陷有利于使用二次光學(xué)器件的可能性，并且如果燈處于視線水平則避免可能的眩光。如表1所示，通過加入額外的反射鏡光學(xué)系統(tǒng)，中心照度增加了170％。將led性能與高效驅(qū)動器和現(xiàn)成光學(xué)元件相結(jié)合，可提供遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于鹵素?zé)艟叩恼彰鹘鉀Q方案。

圖9：35w鹵素?zé)艉蚻ed燈的光圖案。覆蓋鹵素?zé)襞莸谋┞恫ＡО宓谋砻嬖?50℃下測量。相比之下，led安裝基板的最高溫度僅為77℃。由于這是一次改造，現(xiàn)有的用于鹵素?zé)襞莸牟煌獾乃芰贤鈿け恢貜?fù)使用。移除塑料蓋后，led安裝溫度降至低于63°c;如果產(chǎn)品針對led操作進(jìn)行了優(yōu)化，則熱環(huán)境將進(jìn)一步改善，因為根據(jù)最終產(chǎn)品設(shè)計考慮，可以重新設(shè)計或移除非通風(fēng)蓋。另請注意，在正常驅(qū)動條件下（350 ma），蓋板上的led安裝溫度為49°c。

能耗的好處很明顯。更高的效率，更小的尺寸和重量以及更低的led功耗為創(chuàng)新的燈具設(shè)計打開了大門，這些設(shè)計歷來受到鹵素?zé)襞菹拗频南拗?。?dāng)與適當(dāng)?shù)膌ed驅(qū)動電路結(jié)合使用時，可以實現(xiàn)有效的解決方案，以簡化產(chǎn)品設(shè)計，這樣，只需稍加改動，就可以在世界各地銷售相同的產(chǎn)品。此外，可調(diào)節(jié)控制允許用戶進(jìn)一步優(yōu)化光輸出以滿足其特定的環(huán)境需求，而不是傳統(tǒng)的基于鹵素的臺燈的一個或兩個光級。在較低的亮度設(shè)置下，節(jié)能效果會大幅提升。

針對90至265 vac的通用交流輸入進(jìn)行了優(yōu)化的驅(qū)動器允許制造商針對所有市場使用一種基本燈具設(shè)計，并且只需要按地區(qū)更換電源線。基于最先進(jìn)的led（如cree xlamp mc-e）并由高效恒流源驅(qū)動器驅(qū)動的燈具將允許引入新的持久，節(jié)能的通用照明產(chǎn)品。雖然此示例顯示了改造應(yīng)用的性能，但如果燈具從一開始就專門設(shè)計了led，則可以實現(xiàn)進(jìn)一步的優(yōu)化。