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關(guān)于節(jié)能型防爆燈具大功率LED防爆燈具的設(shè)計(jì)探討

文檔作者：周青，聶新安，王亞德文檔來源：華榮科技股份有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2022年07月28日
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52 《電氣開關(guān)》(2012．No．3)
文章編號：1004—289X(2012)03—0052—04
關(guān)于節(jié)能型防爆燈具一大功率LED
防爆燈具的設(shè)計(jì)探討
周青，聶新安，王亞德
(華榮科技股份有限公司，上海201808)
摘要：從防爆LED燈具的結(jié)構(gòu)、LED光源的選擇、散熱及配光等方面進(jìn)行了探討，為防爆LED燈具的設(shè)計(jì)及用
戶選擇質(zhì)量穩(wěn)定的防爆LED燈具提供參考。
關(guān)鍵詞：LED；防爆；燈具；設(shè)計(jì)
中圖分類號：TM923 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B
Design and Discussion about Energy-Saving Explosion-Proof Lampsm High
Power LED Explosion-proof Lamps
ZHOU Qing，NIE Xin—an，WANG Ya—de
(Huarong Science and Technology Co．，Ltd．，Shanghai 201808，China)
Abstract：The paper has a discussion on the structure light source selection，heat dissipation and distributing light of
explosion—proof LED lamp．It gives some references for LED lamp design and user s selection．
Key words：LED；explosion—proof；lampsane lanterns；design
1 概述 見和建議，供大家商榷。
在全球能源短缺的背景下，節(jié)能技術(shù)得到快速發(fā)
展。照明領(lǐng)域LED光源以其高效、節(jié)能、長壽命等優(yōu)
點(diǎn)得到了廣泛應(yīng)用。根據(jù)試驗(yàn)驗(yàn)證及照明燈具現(xiàn)場測
試，在相同的照度情況下，采用LED光源的照明燈具
將實(shí)現(xiàn)較普通照明燈具直接節(jié)約電能達(dá)到60％ 以上，
近年，隨著大功率LED光源的研發(fā)和逐漸成熟，開始
作為第四代新光源應(yīng)用于工業(yè)照明，并深人到防爆照
明領(lǐng)域。筆者通過對大功率LED光源應(yīng)用于防爆照
明燈具的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，歸納了大功率LED防爆燈具
在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中所應(yīng)解決的幾大瓶頸技術(shù)、質(zhì)量問題，提
出設(shè)計(jì)質(zhì)量穩(wěn)定、性能可靠的防爆LED燈具的幾點(diǎn)意
2 LED光源概括介紹
2．1 發(fā)光原理
LED即發(fā)光二極管，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，
它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。LED的核心是一個(gè)半導(dǎo)
體的晶片，半導(dǎo)體晶片由兩部分組成，一部分是P型
半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是N型半
導(dǎo)體，在這邊主要是電子，兩種半導(dǎo)體連接起來的時(shí)
候，它們之間就形成一個(gè)“P—N結(jié)”，當(dāng)電流通過導(dǎo)線
作用于晶片時(shí)，電子就會被推向P區(qū)，在P區(qū)里電子
跟空穴復(fù)合，就會以光子的形式發(fā)出可見光，如圖1所
示。
[2] 張明昌，弭洪濤．電力系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，
2002．
[3] 王仁祥．常用低壓電器原理及其控制技術(shù)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出
版社。2001．
[4] 李奕漢．綜采供電中的DZKDI140660饋電開關(guān)三段過流保護(hù)
[J]．中外技術(shù)情報(bào)，1995．
[5] 顧永輝，范延瓚．煤礦電工手冊[M]．北京：煤炭工業(yè)出版社，
1999．
收稿日期：2012-03—19
作者簡介：宋宣立(1980一J。舅。助理工程師。河南煤化焦煤集團(tuán)方莊二礦機(jī)電運(yùn)
輸科副科長，主要從事機(jī)電方面的技術(shù)管理工作。

54 《電氣開關(guān)》(2012．No．3)
性測試，在使用50，000小時(shí)后，流明維持率在75％ 以
上，通過實(shí)際應(yīng)用對比，各項(xiàng)性能指標(biāo)正常，工作可靠。
3．3．1 電源的熱穩(wěn)定功能
防爆燈具相對密閉，散熱狀況較差，因此必須確保
在高溫環(huán)境下電源仍能可靠穩(wěn)定工作，具體到應(yīng)用的
每個(gè)電子元器件熱穩(wěn)定性，高溫環(huán)境下使用壽命的核
算，都必須滿足整燈的使用現(xiàn)場及使用壽命的要求。
3．3．2 恒壓恒流驅(qū)動設(shè)計(jì)
LED光源工作對輸入的電壓電流穩(wěn)定性要求很
高，電壓波動、電流波動幅度將直接影響LED的使用
壽命，嚴(yán)重時(shí)可能瞬間燒壞LED光源。因此對電源恒
壓恒流輸出驅(qū)動LED光源工作，為燈具的長壽命可靠
工作提供保證。
3．3．3 寬電壓輸入恒功率輸出
由于石化現(xiàn)場受大設(shè)備起停的影響，電壓波動較
大，要求電源的電壓適用范圍較寬，正常設(shè)計(jì)在170～
264VAC范圍內(nèi)可靠工作，輸出功率恒定。
3．3．4 電源應(yīng)具有開路、短路保護(hù)、防浪涌保護(hù)等功
能
當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)自動保護(hù)，防止光源或電源因
系統(tǒng)故障造成元件損壞，當(dāng)系統(tǒng)故障解除時(shí)則停止保
護(hù)，正常輸出工作，保證燈具的正常使用。
3．3．5 電源的電磁兼容、諧波含量要求
LED的驅(qū)動電源為電子類電源，為了保證應(yīng)用到
現(xiàn)場不會影響其他電子設(shè)備的工作，要求驅(qū)動電源必
須滿足國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電磁兼容等性能的要求，‘表1
是我公司防爆LED燈電磁兼容及諧波電流限值的部
分檢測報(bào)告。
電壓頻譜
總諧波：0．5(IEC)
三次諧波：0．3％
五次諧波：0．2％
七九 次諧{波摩：0．1％
：0．1％
電壓頻譜
總諧波：4．5(IEC)
三次諧波：3．9％
五次諧波：1．5％
七次諧波：0．8％
九次諧波：0．7％
圖5 LED燈具諧波
3．4 散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
LED防爆燈具的散熱設(shè)計(jì)是確保LED光源具有
正常工作溫度和工作壽命的重要環(huán)節(jié)。LED光源是
一個(gè)發(fā)光體，同時(shí)也是發(fā)熱體，特別是防爆燈具具有密
閉性，熱量散發(fā)困難，散熱不好，燈具各部件的溫升增
高，特別在環(huán)境溫度較高的情況下，既影響光源的壽
命、光效，又影響燈具電器部分的正?？煽抗ぷ?。因
此，散熱設(shè)計(jì)是LED燈具關(guān)鍵。
LED防爆燈具的散熱可以通過以下方式來實(shí)現(xiàn)：
減少各散熱部件問的熱阻、增加散熱的表面積、選擇低
熱阻及導(dǎo)熱系數(shù)好的散熱材料等。
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圖6 LED燈具電磁兼容
根據(jù)散熱的熱歐姆定律：
AT=QR
即溫差=熱流×熱阻。這說明當(dāng)熱阻越大時(shí)，溫
差大，也就是說在散熱組件內(nèi)殘留的熱越多，在環(huán)境溫
度一定的情況下，結(jié)溫就越高。因此要散熱好，就需要
降低熱阻。因此減少熱阻需要由兩個(gè)方面考慮：減少
傳導(dǎo)的層數(shù)和加大散熱部件的面積。
表1 金屬材料熔點(diǎn)、熱導(dǎo)率及比熱容
注：表中熱導(dǎo)率為0℃時(shí)的數(shù)據(jù)。
散熱器在自身的熱容達(dá)到極限后需將熱向空氣進(jìn)
行傳導(dǎo)，一般均通過對流散熱和輻射散熱進(jìn)行。要使
《電氣開關(guān)》(2012．No．3) 55
散熱器將熱量快速的傳遞出去，根據(jù)對流散熱和輻射
散熱的基礎(chǔ)公式：
Q=8o-AT4 Q=丸 ‘
由公式可知面積是最關(guān)鍵的因素。因此在設(shè)計(jì)允
許范圍內(nèi)盡量加大散熱面積成為最重點(diǎn)的設(shè)計(jì)因數(shù)。
對流散熱分為自然對流和強(qiáng)制對流，強(qiáng)制對流需考慮
風(fēng)扇的排布不適合密閉防爆LED照明燈具的使用，自
然對流的散熱通道和熱流通道吻合的情況下將有助于
對流散熱的效率，如圖7所示。
圖7
我公司的大功率LED防爆燈具散熱設(shè)計(jì)采用自
然通風(fēng)對流散熱技術(shù)，利用空氣流動，通過散熱通道和
熱流通道散發(fā)到燈具散熱片表面，有效散發(fā)LED光源
的熱量，確保LED防爆燈具長壽命的工作。散熱效果
明顯，溫升數(shù)據(jù)如表2。
表2
注：環(huán)境溫度在43oC測試。
3．5 大功率LED防爆燈具配光系統(tǒng)設(shè)計(jì)
LED防爆燈具的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)對LED防爆照明
的普及以及真正實(shí)現(xiàn)綠色照明起了至關(guān)重要的作用，
然而要想同時(shí)達(dá)到均勻照明效果和高的光能利用率是
非常困難的。
LED光源產(chǎn)品上已包含一次光學(xué)設(shè)計(jì)，這設(shè)計(jì)的
目的是盡量把LED芯片所發(fā)出的光釋放出來，同時(shí)也
為LED提供一個(gè)波束寬度(可視角度)；二次光學(xué)設(shè)計(jì)
用于改變LED的出射光束，從而使燈具的出射光束更
有效地滿足所期望的光度規(guī)格，二次光學(xué)的基本作用
是發(fā)散和準(zhǔn)直；燈具除需具有合適的配光曲線外還應(yīng)
不產(chǎn)生眩光，限制眩光是照明設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要問題，
可采用棱晶透明罩或光擴(kuò)散技術(shù)等方式進(jìn)行防眩光設(shè)
計(jì)。
我公司的技術(shù)人員在光學(xué)設(shè)計(jì)中采用專用照明設(shè)
計(jì)軟件對LED光源進(jìn)行分析，通過模擬分析、試驗(yàn)驗(yàn)
證來設(shè)計(jì)高效率的出光透鏡及反射器等二次配光光學(xué)
器件，圖8、圖9為BAD85防爆高效節(jié)能LED燈的光
學(xué)設(shè)計(jì)分析圖例。
圖8
燈具名稚：111~85一日l0c 燈具類型： 燈具重量：
外型尺寸： 燈具妞格：1伽- 曩試麓號：
銅遣廠商：--c越 發(fā)光口面尺寸： ：
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圖9
4 結(jié)束語
隨著LED照明應(yīng)用的推廣，大功率LED防爆照
明燈具以其高效、節(jié)能、環(huán)保、長壽命等綠色照明的特
點(diǎn)將會在照明領(lǐng)域應(yīng)用更加廣泛，筆者僅從產(chǎn)品設(shè)計(jì)
的幾個(gè)方面說明了設(shè)計(jì)穩(wěn)定可靠的大功率LED防爆
照明燈具的幾點(diǎn)看法，為提升和鑒別防爆LED燈具產(chǎn)
品的質(zhì)量提供參考。

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