LED照明燈具特性及LED標準解析

　　本文從LED燈、燈具及其現(xiàn)狀為切入口，在LED燈、燈具相關定義的基礎上，分析了LED燈具的特點和目前存在的問題，并與傳統(tǒng)燈具性能、評價和設計方面做了比較，同時針對國際電工委員會（IEC）、美國能源之星（EnergyStar）、北美照明學會（IESNA）在LED燈具有關標準的出版情況和我國LED燈具有關的國家標準的出版情況進行了介紹。

　　LED進入照明領域，引發(fā)了一場新的照明技術領域的革命。由于不同形狀、數(shù)量，尺寸的LED可以按不同方式排列組合、不同LED替代燈中的LED結構可以不同等特點，在照明領域中出現(xiàn)了各式各樣的LED照明產品（例如：LED裝飾燈具、LED道路燈具、LED投光燈具、嵌入式LED燈具、LED隧道燈具、LED臺燈和交通信號燈具等）及傳統(tǒng)光照明源替代品（例如：LED替代白熾燈、MR16、PAR燈、直管形熒光燈T8/T12等）。隨著LED技術的不斷提升和人們對照明感官視覺追求的進一步提高，人們對LED燈具的設計和性能要求上更加具體，這就對燈具制造商和照明產品設計師提出更高的要求。

　　半導體LED固態(tài)照明是近年來新近發(fā)展起來的產業(yè)，對照明終端產品設計師和燈具制造人員而言，既需要掌握傳統(tǒng)照明行業(yè)的知識、國內外標準動態(tài)，又需要熟悉和了解LED器件方面的知識，特別是要準確把握LED燈、燈具界定以及與傳統(tǒng)照明燈具差異性。由于半導體行業(yè)和照明電器行業(yè)分屬不同行業(yè)、以及目前對半導體LED固態(tài)照明（SSL）缺乏足夠的標準支撐，現(xiàn)階段國內LED照明產品存在魚龍混雜的現(xiàn)象，制造商聲稱的產品性能往往與實際結果相差甚遠，顏色質量、壽命預測上更是極度夸大，這對我國LED照明產業(yè)的發(fā)展和消費者信心的培育上都是不利的。

　　本文從LED燈、燈具及其現(xiàn)狀為切入口，在LED燈、燈具相關定義的基礎上，分析了LED燈具的特點和目前存在的問題，并與傳統(tǒng)燈具性能、評價和設計方面做了比較，同時針對我國和國際上LED燈具標準情況進行了介紹，點明應結合LED燈具的技術要素來觀察和追蹤標準的變化和發(fā)展。

　　一、LED燈、燈具及相關定義

　　1、LED燈

　　LED封裝（LEDpackage）：包括焊線連接件或其他型式電氣連接件的一個或多個LED晶片的組件，可能帶有光學元件、熱學、機械和電氣接口。該裝置不包括電源和標準燈頭。該裝置不能直接與分支電路連接。

　　LED陣列或模塊（LEDarrayormodule）：在印刷線路板或基板上的LED封裝（元件）或晶片的組件，可能帶有光學元件、附加的熱、機械和打算連接到LED驅動器負載側的電氣接口。該裝置不含電源和標準燈頭。該裝置不能直接與分支電路連接。

　　LED光引擎（LEDlightEngine）：包含LED封裝（元件）或LED陣列（模塊）、LED驅動器、以及其他光度、熱學、機械和電氣元件的整體組合。該裝置要通過一個與LED燈具匹配的常規(guī)連接器直接連接到分支電路，該LED燈具設計成不使用標準燈座。

　　非整體式LED燈（LEDlamp,non-integrated）：含有LED陣列（模塊）或者LED封裝（元件）和標準燈頭的組件。該裝置打算通過標準燈座連接到燈具的LED驅動器。該裝置不能直接與分支電路連接。

　　整體式LED燈（LEDlamp,integrated）：包含LED封裝（元件）或LED陣列（模塊）、LED驅動器、標準燈頭以及其他光度、熱學、機械和電氣元件的整體組合。該裝置打算通過標準化的燈座直接與分支電路連接。

　　2、LED燈具

　　LED燈具（LEDluminaire）是包括基于LED的發(fā)光元件和匹配的驅動器，以及配光部件、固定和保護發(fā)光元件的部件、以及將器具連接到分支電路部件的完整照明器具。基于LED的發(fā)光元件的可能形式是LED封裝（元件）、LED陣列（模塊）、LED光引擎或LED燈。LED燈具打算直接與分支電路連接。

　　-混合型LED燈具（HybridLEDluminaire）：裝有基于LED的發(fā)光元件和諸如白熾燈或熒光燈等其他類型光源的燈具。

　　3、LED驅動器

　　LED驅動器（LEDdriver）：含有電源和LED控制電路的裝置，目的是使LED封裝（元件）、或LED陣列（模塊）或LED燈工作。

　　解讀與LED相關的上述定義為我們區(qū)別LED燈和LED燈具提供了依據(jù)，總體來說LED光源和LED燈具的主要區(qū)別在于是否與分支電路直接連接，LED燈是一種設計成不打算與分支電路直接連接的產品，而LED燈具是一種設計成要直接連接到分支電路的產品。

　　LED光引擎也屬于LED燈，但其特性介于LED燈具和整體式LED燈，與整體式LED燈的區(qū)別是它含有一個與燈具匹配的連接器，不是標準燈頭，而與LED燈具的區(qū)別是它不能與分支電路直接連接。由于可以具有設定的配光功能和標準化的連接器，LED光引擎可以改善某些LED燈具的可維護性。

　　二、LED燈具與傳統(tǒng)光源燈具的差異性

　　目前LED燈具與傳統(tǒng)光源燈具就性能、評價和設計方面存在著很多不同地方。

　　1、在LED燈具性能評價方面

　　a）色空間均勻度評價來評價LED燈具的存在的不同觀察角顏色差異。

　　傳統(tǒng)光源單個發(fā)光體的特征不同，LED燈具使用的LED燈是多個發(fā)光體組成并發(fā)光的，LED燈具中的發(fā)光體之間存在顏色差異性，需要使用色空間均勻度評價來評價LED燈具顏色的空間分布情況。

　　b）用壽命來評價LED燈具的耐用性。

　　傳統(tǒng)光源的壽命性能的測量和評價已經標準化，而且具有互換性，所以傳統(tǒng)光源燈具的壽命可以通過替換損壞的光源、以及按10年壽命設計的燈的控制裝置來滿足要求，所以一般不評價傳統(tǒng)光源燈具的壽命。LED燈具的壽命與LED本身壽命、LED驅動器以及燈具提供給LED的環(huán)境等諸多因素有關，而且目前LED燈形式較多，除了帶標準燈頭的LED以外，其他LED燈不具有互換性，這樣對不同的LED燈具，其壽命只有通過相關的壽命評價才能確定。在評價LED燈具壽命時，不僅要聲稱光通維持壽命（LX），還要聲稱失效率（FX）。

　　c）燈具可以利用的光通量比例的評價參數(shù)和傳統(tǒng)燈具不同。傳統(tǒng)照明燈具用燈具效率來評價，而LED燈具使用光效評價。

　　d）不像傳統(tǒng)照明光源可單獨進行光度測試，光度測量時可以使用相對法，LED光源對溫度極其敏感，不適宜將LED光源從燈具內分離出來單獨測量，光度測量時應采用絕對法對燈具整體進行光度測試。

　　2、在LED燈具設計方面

　　LED燈具在光學系統(tǒng)設計、電氣配件、散熱措施以及結構等設計方面與傳統(tǒng)光源的燈具相比有明顯出別。

　　a）光學系統(tǒng)

　　燈具的光學系統(tǒng)是燈具的靈魂，其目的是根據(jù)選定光源的特性設計一個符合具體照明要求的燈具光學系統(tǒng)。通常傳統(tǒng)光源燈具的光學系統(tǒng)由光源、燈座、反射器和透光罩組成。由于一些LED單元具有2π發(fā)光的光度特性，燈具的光度系統(tǒng)與傳統(tǒng)光源燈有很大區(qū)別。具體表現(xiàn)特征如下：

　?。?）LED燈具光學系統(tǒng)一般由LED芯片和透鏡組成LED單元或LED單元陣列組成，陣列有時排列在平整的鋁基板上、也可能在突起的或凹下的成型基板上，燈具使用、或不使用透光罩。燈具制造商可根據(jù)照明需求，將多個LED單元或數(shù)十個LED單元組合在基板上，應注意控制組合后LED單元光色的一致性，考核LED燈具的色空間均勻度。

　?。?）由于LED的光電特性對PN結溫度的變化非常敏感；封裝樹脂在高溫和強光照射下會快速劣化；長期的光輻射會使熒光粉的光致轉換率逐漸降低，并導致色座標會偏移。出LED燈具壽命評價時通常是在限制色偏移的條件下，考核LED燈具的流明維持率。

　　b）電氣配件

　　LED驅動電源是構成LED燈具性能優(yōu)劣的關鍵要素，也是燈具選擇或設計要件之一。LED燈具電氣設計應考慮燈具要使用LED特性和數(shù)量、燈具的安裝地點，以及燈具在電網(wǎng)中的位置來考慮電氣安全、恒流驅動、抗擾度和EMI,選擇或設計合適的LED驅動電源。

　　由于LED是2V~3V的低電壓恒流源驅動，所以不象普通的白熾燈泡可以直接連接220V的交流市電，必須要設計電源和控制電路來驅動LED.此外，LED模組的電氣連接也是LED燈具電氣系統(tǒng)的重要組成部分，應充分考慮安全性，應采用標準的連接件、充分絕緣、防觸電保護等。

　　c）散熱措施

　　與傳統(tǒng)光源燈具一樣，LED燈具也是會發(fā)熱的，LED燈具的熱來自LED光電轉換中的損耗以及LED驅動電源。與傳統(tǒng)電光源發(fā)光原理（白熾燈的熱幅射和熒光燈等的氣體放電）不同，LED的發(fā)光是電致發(fā)光，由于轉換效率的問題，輸出的大部分能量主要以非輻射復合發(fā)生的點陣振動的形式轉化熱能。而熱量在LED內的傳遞的方式不是輻射而是傳導。所以在LED燈具散熱設計中主要目標是有效地將LED芯