前言
灯泡系列写了好几篇,已经聊过灯泡与『视觉』相关的诸多特性。
总之,『光谱』为根本,关注『色温』和『显色性』。
可是选灯泡除了要求光线质量之外,还要让看它是否省电,是否耐用。
本文聊的便是常见灯泡的发光效率、使用寿命、发热量以及驱动电路。
其中省电程度和发光效率直接相关,发热量和驱动电路(LED)影响使用寿命。
别着急,咱们一个一个来。
发光效率
发光效率,简称『光效』,光效越高,消耗同样的电量发出的光线越多,灯泡也就越亮。
光效一般用每瓦多少『流明』来表示,也就是『lm/W』。
流明是啥?它是『光通量』(Luminous Flux)的单位,用来衡量一个物体向四面八方射出的光线多少。
顺带一提,我们选灯泡时,应当看流明,而不是瓦数。
白炽灯、卤素灯利用『热辐射』发光,大部分电能变成热量散失掉,光效也就十几、二十几 lm/W。
荧光灯利用『气体放电』发光,再用荧光粉转换光线,光效可达 50 lm/W 以上。
LED 利用『电致发光』原理,电能损耗较小,光效很容易达到每瓦 100 流明甚至更高。
毫无疑问,在发光效率上,LED 可以轻易击败荧光灯,单手吊打白炽灯。
需要注意的是, LED 显色性与亮度之间存在平衡/折中(trade-off)关系,显色性的提高,往往带来发光效率的降低。
发热量
在家用照明中,白炽灯的温度比荧光灯和 LED 的温度都要高,三者热量集中部位也稍有不同。
白炽灯和荧光灯集中在灯罩上,LED 则集中于外壳的下部。
LED 中温度最高的是元件的结合部位,通常位于外壳底部,一般而言,铜、铝和新型陶瓷材料导热性较佳。
灯泡寿命
电子产品若是发热量大,散热不佳,内部的元件便容易故障,寿命自然长不了。
除了热量之外,灯泡寿命如何,归根到底还要看发光原理。
几种常见灯泡中,白炽灯寿命最短,卤素灯稍微长一些,荧光灯较长,LED 最长。
LED 的驱动电路
你为什么买 LED?听说寿命长,可是为什么买了一颗,不到半年便嗝屁,说好的上万小时呢?
其实 LED 之所以英年早逝,多半不是 LED 发光芯片有毛病,而是驱动电路出了问题。
普通照明 LED 的驱动电路是指市电与 LED 芯片之间的『电流转换』和『控制装置』,也称『驱动器』或『驱动电源』。
与电视机、电脑等电源概念一样,作用都是为设备提供适当的恒定电流和工作电压。
LED 芯片本身的寿命往往长达几万小时,但有时八九千小时就不错了,主因之一便是驱动器寿命与 LED 寿命的不匹配,具体来说就是:
一,使用了品质较低的电子元件,如额定工作温度较低的电容,精度较低的电阻。
二,没有电路保护元件,没有过电压、欠电压、过电流、短路和过温度等保护功能。
坊间常谓电解电容是祸根,实际上电解电容也有品质之别,不能一概而论。
驱动器的类型
LED 的驱动器很有多种,首先可分为是『交流驱动』和『直流驱动』,其中直流驱动最为普遍,而直流驱动之中又可分为『恒压型』、『限流型』、『恒流型』和『脉冲型』。
坊间常说的『阻容』驱动,应该是属于『恒压型』,『线性』驱动和『开关』驱动则属于『恒流型』。
从技术上来讲,『开关恒流』驱动方式在多数项目上优于『阻容降压』和『线性恒流』,但成本较高,一般只用在少数高端灯泡上。
市面上不少 LED 灯都用阻容驱动,但这种方式效率较低,在电阻上消耗的电能甚至有可能超过 LED 芯片,而且电压若是不稳定,LED 的亮度也可能不稳定。
阻容驱动的优势大概只有成本低,尺寸小。
如果辨别驱动器类型?
驱动器上有各式电子元件,常人即便拆开 LED 灯的外壳,也很难辨别 LED 驱动器的类型。
不过从我观察来看,阻容驱动体积相对较小,元件相对较少,最为显著的就是上面的『电解电容』和『薄膜电容』。
恒流驱动(如开关恒流)体积相对较大,元件相对较多,一般带有金属线圈绕制而成的『电感』或『变压器』。
总结
毫无疑问,LED 灯的发光效率可以轻易击败荧光灯,单手吊打白炽灯和卤素灯。
白炽灯发热量较大,荧光灯和 LED 灯的热量相对较低;白炽灯和荧光灯的热量集中在灯罩上,LED 灯的热量集中在外壳底部。
整体而言,LED 的寿命大大高于白炽灯、卤素灯和荧光灯;可是 LED 的寿命,不仅与 LED 芯片有关,很大程度上还由驱动电路的品质和散热设计决定,具体的说就是电子元件品质,电路结构设计,散热材料和设计等等。
低端 LED 多用限流、恒压或阻容降压的方式来驱动,中高端 LED 一般用恒流驱动(如开关恒流和线性恒流)或恒流+恒压驱动。
散热能力影响 LED 的寿命,铜、铝或新型陶瓷材料的外壳,散热能力相对较强。
主要信息来源
LED BASICS - DOE
HOW ENERGY-EFFICIENT LIGHT BULBS COMPARE WITH TRADITIONAL INCANDESCENTS - DOE
《白光LED照明技术》 - 田民波、朱焰焰
《LED 驱动方式分析及性能比较》 - 巢时斌
《LED驱动器与功率芯片发展趋势》 - 王莹
《基于无电解电容LED驱动电源的研究》 - 刘鸿飞
《LED 驱动电路设计与应用》 - 周志敏、周纪海、纪爱华
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