淺談AC LED光源在Ⅱ類防爆燈具中的應用

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類防爆燈具中的應用

張乃月

(合隆防爆電氣有限公司,浙江 樂清 325600)

本文針對AC LED光源的特點及在Ⅱ類防爆燈具的應用做一詳細論述。

AC LED；節(jié)??；創(chuàng)新

1 Ⅱ類廠用防爆燈具領域應用背景

廠用防爆燈具一般應用在石油、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氣體或粉塵的Ⅱ類場所，因其使用場所的廣泛性，現(xiàn)場根據(jù)不同的安裝方式和照明需求，各種結構、各種光源的燈具使用都非常多。目前從結構分有：分體式、組合式、一體式；從光源類型分有：節(jié)能燈、免維護無極燈、LED和氣體放電燈以及熒光燈、鹵素燈、氙氣燈等；從外殼材質分：鑄鋁合金、不銹鋼、全塑外殼等；為實現(xiàn)節(jié)能節(jié)效，LED燈已逐漸成為此行業(yè)的主打產品，但目前考慮到LED光源本身的散熱限制，大部分都是將DC LED光源和驅動裝在一個腔體內時，光源與驅動間預留很大的散熱空間，或將光源與驅動分開組裝到不同的腔體內，腔體外表增設散熱筋，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；這樣往往導致防爆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，免除了后期的維護費用，因初期防爆燈具的采購成本相對較高，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，因其將光源和驅動合為一體，故應用在防爆燈具時能將外殼尺寸變的更緊湊，從而實現(xiàn)燈具的整體尺寸、重量和成本都縮減一個層次，實現(xiàn)了更大程度的節(jié)能。

2 AC LED光源的特點

(1)定義

AC LED光源相對于傳統(tǒng)DC LED光源，無須經(jīng)過交直流的轉換，可直接接入交流220V或交流110V電源即可發(fā)光，目前市場上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

LED燈具無需單獨另配電源驅動，早已為業(yè)界內研究突破的技術課題，在應用中LED燈具的整機實際使用壽命遠遠低于LED光源本身壽命的理論值，其原因是驅動電源易于損壞或輸出不穩(wěn)定、電參數(shù)匹配度不高導致LED光衰快、燈珠燒壞等現(xiàn)象，從而使整燈的壽命無法達到LED光源本身的壽命值，業(yè)內流傳：“100個燈具維修、維護中有99個是因為驅動電源出現(xiàn)問題”。驅動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換過程中，其功率損耗高達30%，因此摒棄驅動電源，不僅可提高整燈的光效、降低成本，還可避免因驅動電源的問題造成LED燈具的損壞或壽命縮短，且交流電源直接輸入無正負極之分，不會發(fā)生由于誤操作導致光源燒壞的現(xiàn)象，使用更靈活方便、可靠性更高。

(3)AC LED光源的技術分類及工作原理

①一種是由單芯片封裝，芯片上設有串聯(lián)LED單元，并利用此LED單元組成整套流路，實現(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，交流的正半周沿藍色(實線)通路流動，3串LED晶粒發(fā)光，負半周沿虛線通路流動，又有3串LED晶粒發(fā)光，四個橋臂上的LED晶粒輪番發(fā)光，相對橋臂上的LED晶粒同時發(fā)光，中間一串LED晶粒因共用而一直在發(fā)光。

LED晶粒在50Hz的交流電路中會以每秒50次的頻率輪替點亮，整流橋得取的直流是脈動直流，LED的發(fā)光是閃動的，因LED有斷電余輝續(xù)光的特性，且余輝可保持幾十微秒，另人眼對流動光具有惰性記憶，故人眼對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，實際情況LED一半時間在工作發(fā)光，一半時間在休息，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。

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，應用最為廣泛。采用將交流整流元件和驅動元件外加在封裝線路中組成光/電源一體化的發(fā)光模組，目前從形狀上市場應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)，韓國首爾半導體公司早在2005年就已經(jīng)用交流電直接驅動LED使其發(fā)光，其次是德國、美國、臺灣等相繼完成了其產業(yè)化的生產，近年國內公司如卓耐普光電公司、中電金臺光電、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AC LED的最大缺點是在很小的晶粒上連接多個發(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、內置恒流的不易控制，當電網(wǎng)電壓升高時使耗散功率驟增從而會造成光源的損壞。

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，然而這種技術的致命缺點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而言降低了LED的使用壽命。

(5)AC LED光源的未來趨勢

AC LED光源的技術應用目前正處于高速發(fā)展期，從其發(fā)展趨勢上看，該項技術必然會成為行業(yè)發(fā)展的一個必然趨勢和方向，在未來的大約5年的時間段內市場的應用率將達到80%以上，給原與DC LED配套的驅動企業(yè)以革新性沖擊影響，會逐漸改變目前的DC LED產業(yè)格局。

3 AC LED光源在Ⅱ類防爆燈具中的應用

AC LED的誕生有效的解決和提高了設計水平，將燈具的整體尺寸、重量及成本都有效進行了縮減，使用更靈活、更便利，產品結構見圖7、圖8。

圖7 DC LED防爆燈具

圖8 AC LED防爆燈具

任何新產品或新技術都會給企業(yè)帶來新市場，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，目標明確，才可增長利潤；但任何新生事物的初期都是不夠完善的，需要有一個技術改進和市場驗證、接受的過程，AC LED在防爆燈具的應用中可使整燈成本相比DC LED減少20%～30%，必然會成為行業(yè)發(fā)展的一個新方向。

[1] 張顯力.防爆電氣概論 [M].北京：機械工業(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