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广告灯箱照明用LED大功率条形灯的研究与开发

发布日期:2019-04-23    文章来源:未知    作者:admin

LED作为固体光源,由于省电、环保等特性,在近年里逐渐成为广告灯箱照明的主流光源。针对广告灯箱照明的特别要求,如灯箱表面照度、照度均匀度等,阐述构成广告灯箱用LED条形灯的主要部件及其形式和特点,并对LED大功率条形灯进 行了研究和开发。经试验检测和实际使用表明,该设计产品实现了照度可调,达到了设计目的,为同类照明产品设计提供了参考模式。

广告灯箱行业发展迅速,中国能源研究会能效与投资评估专业委员会的调查结果表明,我国灯箱照明行业增长速度非常迅猛,年均增长速度高达30%以上,并且每年的增长速度在不断提高。随着我国广告业的迅猛发展,灯箱照明行业必将成为不可忽视的照明耗电领域[1]。由于在节能、照度均匀度等方面的优势,LED光源产品在广告灯箱照明中越来越普遍使用。目前在广告灯箱中使用的条形灯中,大部分为小功率的背光源条形灯,存在灯具使用数量多而故障率升高、滚动画布灯箱布灯难等问题。本设计案例,通过设计一款LED大功率条形灯,在灯箱侧面布灯,解决了上述背光源布灯的缺陷。综合广告灯箱行业一般要求,提出灯箱光电技术主要要求如下:灯箱表面(不带广告画) 平均照度2 500Lx、照度均匀度大于0.8、见光面功率密度小于50 W/m2。

1 条形灯的结构

LED条形灯的构成通常包括:驱动电源、LED灯板(包括基板和LED灯珠)、透镜、散热器、灯罩等,如图1所示。

2 条形灯主要部件的设计

2.1 LED灯板

2.1.1基板

定位LED的基板(PCB) 材料通常有金属(铝)、陶瓷、FR4和类钻碳,其各自的特点如表1所示。

综合考虑安全、散热和成本等因素,条形灯设计采用金属铝基板。为了保证通过电流的可靠性,PCB铜膜厚度应不少于35 μm;为有利于散热,防止热量积聚在PCB上,LED之间的距离应尽可能拉开。

2.1.2 LED部分LED条形灯厂家采用少量大功率表面贴装器件(Surface-Mounted Device,SMD) 型LED封装的设计。这种设计的缺点是不利于光的均匀性和发光效率、芯片的发热量大而对散热机构要求高;优点是在成本方面占有优势,原因是所需的LED芯片数量少。近年来,越来越多厂家采用多个小型LED芯片,优点是发光效率高、简化散热机构,还不容易出现发光不均现象;缺点是由于使用的芯片数量较多,LED本身的成本会升高。综合考虑成本、光效和散热等因素,本设计采用额定电流350mA(最大电流1 000 mA)的大功率3535型LED。实测参数如表2所示。

2.2 散热器

条形灯的散热器散热效率的高低,直接影响了LED条形灯的寿命,根据经验数据,每瓦LED灯具所需要的散热面积大约在35~60 cm2,因为广告灯箱照明用LED条形灯主要是工作在室内,环境温度不是很高,所以可以采用相对较少的散热面积,设计时初步设定每瓦的散热面积为40~45 cm2左右。为了保证良好散热,选择了散热效率较高的挤压工艺生产的散热器设计。挤压工艺的散热器,由于固定LED电路板的底座和散热鳍片是一体成型的,没有存在拼接的间隙,因此热传导的效率也就比较高。采用加工性能易和散热效果好的AL6063 铝材(热传导率201 W/(m·K-1)) 加工[2]。因此,所采用的散热器从工艺到材料来说对散热都是比较有利的,这对于延长条形灯的使用寿命提供了一定的保障。

2.3 透镜

设计使用某国际知名厂家的SZ5-M1 型LED 光源,透镜杯体底部距离芯片表面为0.15 mm,如有误差,发光角度会有偏差,所设计透镜剖面如图2所示;透镜在光学设计软件模拟所得配光曲线,如图3、4 所示;在模拟软件中,距离1 m 处光斑,光斑照度均匀,无暗区,如图5所示。


2.4驱动电源

为满足不同尺寸灯箱布灯、照度可根据需要调整及智能控制等需求预留设计空间,采用灯具与驱动电源分离的方案,电源采用知名厂家的标准电源,如台湾某品牌的


HLG-120H系列电源,其方框图如图6所示、可调光接线方法如图7所示[3]。

3 成品及测试

图8 为本案设计的成品照片, 产品外观流畅, 性能满足文献[4]要求, 单条条形灯测试数据如表3 所示。


在测试灯箱中,上下布置各一条条形灯,灯箱尺寸及布灯位置如图9所示。

 

依据文献[5]中心布点法取测试点,将灯箱见光面等分为15个网格,取网格中心位置为测量点,如图10所示,对应照度测试数据如表4所示,在测试灯箱中的综合测试数据如表5所示,相关数据达到设计预期。

综上所述,该案设计生产的广告灯箱照明用LED大功率条形灯采用专门设计的透镜、防潮式结构、驱动电源与灯具分离的方案,外观美,容易安装与维护,实测数据达到设计预期,经在广州某路公交车站的大型广告灯箱中试装使用超2年,实现照度可调,客户反映较好,达到了设计目的。为同类照明产品设计提供了参考模式。  
本文关键词:广告灯箱;条形灯;LED
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