LED日光灯系列三------结构、寿命及展望

结构
    按说，LED日光灯既然称为日光灯那么它的结构一定就是荧光灯的模样，连长短、粗细也都一样，甚至称呼也是T10、T8、T5，也都一样，也就没有什么可以讨论的了。其实则不然。LED日光灯在这方面走了很多弯路，是值得大书特书的。

    1．全塑灯管，早期的LED日光灯采用的是全塑灯管，因为主要采用非隔离式电源，为了避免触电问题，所以更希望采用全塑灯管。里面采用的是φ5的草帽管LED。但是很快就证明了这种日光灯的光衰很严重，寿命非常短，不到1000小时就坏了。这才发现，最大的问题是散热问题。由于把热量全部封死在管内，根本无法散出去，再加上草帽管本来寿命就短，当然不可能长寿命。

    2．半塑半铝管，在发现了散热问题以后，就想到采用半塑半铝的方案（图8）。
                     
      图8. 半塑半铝灯管
    在需要透光的那一半采用塑料，在不需要透光而需要散热的那一半就采用铝合金。电源当然是放在铝管里面。看来问题似乎是解决了。然而因为LED日光灯的功率通常在20W左右，它的发热量还是相当大的。半根铝管并不能解决它的散热问题。所以又提出另一种散热的铝管结构。

    3． 扇骨形铝管（图9）。
    它把电源放到管外，从而可以把半边铝壳完全做成散热器。扇骨形铝管采用扇骨形状的散热结构，大大增加了散热器面积。相对于半圆形的铝管来说，它的散热面积至少增大了3倍以上。再加上电源不放在管内，又可以减少热量，这就大大延长了LED的寿命。
                
        (a)普通半铝半塑管                 （b）扇骨形铝塑管                  （c）二者的实物照片
                                                      图9. 扇形灯管

    寿命
    我们知道小功率LED指示灯的寿命是非常之长，只是当LED作为照明器件以来，LED的寿命问题才被提出来。其实LED的寿命完全取决于它的结温。只要结温够低，LED的寿命提高到十万小时以上是没有问题的。
    但是由于LED本身的发光效率目前还是比较低，大约还有70%的输入功率要转化为热能，如果这些热不能很好地散发出去，LED的结温就会升高，于是LED的寿命就会随之降低。所以延长LED寿命的根本办法就是改进其散热。改进散热要从LED本身做起。前面提到的3014，就是靠增加底板金属面积二改善了散热，使其热阻降低到只有51°C/W.。只要散热器做得足够好，可以保证接脚温度在60°C以下，那么其寿命可以保证在5万小时以上。
    我们实测的结果也证明了这点，在25度室温下，我们测得铝散热器的表面温度为35度左右，如果在45度环境温度时，那么散热器表面温度就应当是55度，因为采用了扇骨形铝塑管，铝基板和铝散热器的热阻大约50°C/W。所以到LED底板温度大约是60度。因此可以保证其寿命为5万小时以上。
    最后我们可以给出各种结构和电源的综合优缺点比较表：
 

内置式非隔离电源	内置式隔离式电源	外置式非隔离 电源	外置式隔离式电源	外置式集中供电电源
可直接替换铁芯电感荧光灯	可直接替换铁芯电感荧光灯	无法直接替换需拆去镇流器	无法直接替换需拆去镇流器	无法直接替换需拆去镇流器
不易通过CE、UL认证	容易通过CE、UL认证	不易通过CE、UL认证	容易通过CE、UL认证	容易通过CE、UL认证
存在触电隐患	无触电隐患	存在触电隐患	无触电隐患	无触电隐患
效率低：67%	效率低：67%	效率高：88%	效率高：90%	效率极高:93%
功率因素差：0.51	功率因素差：0.51	功率因素高：>0.9	功率因素高：>0.9	功率因素极高：>0.99
电解电容温升高,电源寿命低	电解电容温升高,电源寿命低	电解电容温升低,电源寿命高	电解电容温升低,电源寿命高	电解电容温升低,电源寿命高
散热差、LED寿命低：<10,000hrs	散热差、LED寿命低：<10,000hrs	散热好，LED寿命高: >50,000hrs	散热好，LED寿命高 : >50,000hrs	散热好，LED寿命高: >50,000hrs
电源成本低：<19元	电源成本高： >35元	电源成本略高:>20元	电源成本略高:>36元	电源成本高:>50元
LED或电源损坏时都要一起丢弃	LED或电源损坏时都要一起丢弃	LED或电源损坏时不必一起丢弃	LED或电源损坏时不必一起丢弃	LED或电源损坏时不必一起丢弃
无法调光	无法调光	无法调光	无法调光	可以调光

    展望
    目前中国每年要生产几十亿支荧光灯，这些荧光灯废弃以后，渗透到地下水中的水银不知道要给我们的后代带来多大的危害性。如前所述，LED日光灯比起传统的荧光灯具有无可比拟的优点，而且随着LED的发光效率的逐年提高，成本逐年降低，全面取代荧光灯的时代指日可待。
    但是现在全国每年顶多生产几十万支LED日光灯，而且大部分是出口，国内使用寥寥无几。
    实际上，应该说即使现在它在经济上已经是完全值得取代现有荧光灯，再加上它的无毒，环保，…，等等优点，现在就值得大力推广。尤其是作为政府和各种非盈利绿色环保组织和机构，从现在开始就应该大力宣传各种LED灯具的优越性，对广大人民群众进行宣传教育，宣讲其优越性。各个银行、金融机构更应该全力参加EMC合同，减少人们的顾虑，使得其更容易推广。尤其是节能环保是关系到减缓大气变暖、拯救地球的重要措施。是人人都要积极行动起来的头等大事。希望我们推广LED日光灯也能在这个过程中贡献我们一份微薄的力量。