[應用原理]大功率白光LED在特種工作燈具中應用
摘要: 大功率白光LED作為第四代電光源,賦有“綠色照明光源”之稱,具有體積小、安全低電壓、電光轉換效率高、響應速度快、節能、環保等優良特性,必將取代傳統的白熾燈、鹵鎢燈和熒光燈而成為21世紀的新一代光源。
大功率白光LED作為第四代電光源,賦有綠色照明光源之稱,它必將取代傳統的白熾燈、鹵鎢燈和熒光燈而成為21世紀的新一代光源,特別是同綠色能源太陽能電池結合起來,白光LED將成為一種理想的環保照明。據有關統計數據,1999年國內照明行業銷售總額為450億元,2000年達到550億元,2001年突破680億元,2002年高達800億元,連續四年均以20%的速度迅猛遞增。據估算,隨著北京綠色奧運和各地掀起的光亮工程,2008年銷售額將超過1500億元。在出口方面,近四年的平均增長率為20%以上,2001年出口總額為40億美元,2002年為50億美元,預計2005年將達70~80億美元。
傳統的白熾燈采用的是熱發光技術,90%的電能以熱輻射形式散發出來,不僅浪費能源,而且會使室內外溫度升高,增加空調等設施的用電量,在一定程度上增加了地球的溫室效應。而白光LED照明的
耗電量僅為相同亮度白熾燈的10~20%,普通白熾燈只能使用1000小時,而白光LED燈可使用100000小時。
大功率白光LED作為照明光源具有體積小、耗電小、發熱小、壽命長、響應速度快、安全低電壓、耐候性好、方向性好等優點,在石油、化工、礦山、鐵路、部隊、汽車、城市景觀照明、顯示屏以及體育場館等具有廣泛的應用前景。但是,由于目前大功率白光LED的轉換效率還較低,光通量較小,成本較高等方面因素的制約,因此大功率白光LED短期內的應用主要是一些特殊領域的特種工作燈具,中長期目標才能是通用照明領域。
1、大功率白光LED在防爆燈具中的應用
防爆燈具是指為了防止點燃周圍爆炸性混合物如爆炸性氣體環境、爆炸性粉塵環境、瓦斯氣體等而采取的各種特定措施的燈具。防爆燈具的其中一個非常重要的防爆原理就是限制與爆炸性氣體、爆炸性粉塵接觸的外殼表面、零部件表面或電子元器件表面的溫度以及限制電氣接觸表面溫度低于其最小點燃溫度或引燃溫度。由于LED屬于固態冷光源,具有電光轉換效率高、發熱量小、耗電量小、工作電壓屬安全低電壓、使用壽命長等優點,因此大功率白光LED是防爆燈具,特別是便攜式防爆燈具的一種非常理想的電光源。我司開發的BFC8180和BFC8181固態免維護節能防爆燈和JW7300微型防爆電筒等就是采用LED作為光源的防爆燈具,防爆等級均為隔爆型最高等級d ⅡC T6,可在各種防爆要求較高的易燃易爆場所安全工作。
2、大功率白光LED在礦燈中的應用
礦燈屬于Ⅰ類即礦用防爆燈具。礦燈由于戴在頭盔上使用且使用頻率很高,每天工作時間也長達12小時以上,因此對燈具的重量和燈泡的光通量、照度、放電時間及使用壽命都有較高的要求,而這些指標之間往往是互相矛盾的,如要求燈泡的光通量大、照度高,則需要提高燈泡的色溫或增大燈泡的功率,但提高燈泡色溫會大幅度降低其使用壽命,
燈泡更換頻繁,增大了安全隱患。而增大燈泡的功率則必然要加大電池的容量以保證礦燈的連續工作時間,其結果是導致燈具體積和重量加大,給礦工的攜帶和工作帶來不便,因此目前礦燈使用的白熾燈泡是一個制約礦燈的改進和發展的關鍵因素。由于大功率白光LED具有體積小、發光效率高、耗電量小、使用壽命長等優點,使得這一難題可以得到很好地解決。
3、大功率白光LED在部隊特種燈具中的應用
部隊用燈具由于使用環境條件特殊,對燈具的可靠性要求非常高,要求燈具具有耐熱(+50~70℃)、耐寒(-40~-50℃)、抗沖擊、使用壽命長、重量輕、體積小等特點,傳統的以白熾燈為光源的燈具已不能滿足部隊使用要求,而LED由于體小、耗電小、發熱小、壽命長、響應速度快、安全低電壓、耐候性好,再加上LED屬冷光源,無紅外輻射,方向性好,便于隱蔽,是部隊用燈具的一種非常理想的光源。另外,在邊防、海島和西藏等高原、邊遠地區的固定照明,供電條件不便,而使用太陽能電池為電源,不需長距離的高壓輸變電線路,可節省大量的能源消耗和輸變電費用,因此太陽能電池與LED集成照明系統是一種典型的環保照明系統。
4、大功率LED在其它特種工作燈具中的應用
LED是一種場致發光光源,其發光原理是在P-N結兩端加上正向電壓,則P區中空穴會流向N區;而N區中的電子會流向P區。隨著少數載流子和多數載流子的復合放出能量,其中一部分能量轉化為熱,另一部分能量轉化為光。LED的發光顏色決定于基體和滲雜的材料,除白光外基本上都是較純的單色光,光色容易控制,因此可廣泛地應用于各種交通信號燈、手信號燈、顯示屏等。傳統的鐵路手持信號燈采用普通白熾燈泡或充氣白熾燈泡作為光源,通過紅色、綠色、黃色的聚碳酸酯濾色片產生相應的紅色信號、綠色信號、黃色信號,一方面在聚碳酸酯加工成型過程中添加色粉量很難準確控制,導致產生的信號顏色不純正,另一方面聚碳酸酯在長期使用后,特別是在太陽光照射下會降解發黃,影響信號的顏色。而且白熾燈泡使用壽命只有十幾個小時,更換頻繁,連續工作時間也達不到所要求的10小時以上,燈具也較重,攜帶不便。目前國內已經有很多廠家采用紅色、綠色、黃色LED作為信號光源,也有一些廠家采用多個超高亮白色LED作為白色光源,但是白光由于光效低、功率小,照度不夠,因此僅能作為信號使用而不能起到工作照明作用。
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