如何提高LED产品的光效

    近几年来，LED照明突飞猛进，LED产品的种类和样式也基本定型。接下来，LED应用型企业要做的，就是如果提高LED产品的性能和品质。其中LED产品的光效，是影响LED产品性能和品质的重要参数。

　　就光效而言，我公司的产品普遍在80lm/W以上，在行业来说，属于中等水平。部分产品光效达到90lm/W，属中上等水平。

　　在今后，我们要做的工作，就是用大众的外观，制造出众的产品。而“出众”无非就是性能和光效。

　　一、绪论

　　早在2012年8月，美国CREE公司就发布了一款整灯光效超过170lm/W的LED球泡灯，功率7.3W，而光通量却高达1250lm。不能不说对于LED的光通量，没有最高，只有更高。

　　对于LED应用型企业来说，如何提升LED产品的光效，是我们长期研发的课题和方向。

　　近几年来，LED照明突飞猛进，LED产品的种类和样式也基本定型。接下来，LED应用型企业要做的，就是如果提高LED产品的性能和品质。其中LED产品的光效，是影响LED产品性能和品质的重要参数。

　　对于企业来说，提高LED产品的光效，也将是势在必行。目前LED产品主要包括室内的球泡灯，蜡烛灯，射灯，日光灯，筒灯，天花灯，面板灯和工矿灯等，室外灯具主要有路灯，隧道灯和投光灯。

　　就产品的外观样式来说，我公司的产品在行业中属于大众类型，没有自己的专利设计产品。

　　就光效而言，我公司的产品普遍在80lm/W以上，在行业来说，属于中等水平。部分产品光效达到90lm/W，属中上等水平。

　　在今后，我们要做的工作，就是用大众的外观，制造出众的产品。而“出众”无非就是性能和光效。

　　二、LED产品提高光效方法

　　我们以18W的LED日光灯为例，讲述如何提高系统的光效。

　　2.1、LED日光灯技术指标

　　18W的LED日光灯，主要技术指标如下：

　　要求以最低的成本实现最高的光效。

　　基于以上指标，将从以下方面进行光效的提高。

　　2.2、LED日光灯的方案设计

　　所采用2835 LED额定功率为0.2W，最高光通量高达26lm。理论光效超过130lm/W。

　　主要技术指标如下：

通过积分球对该LED的测试，在不同电流驱动的情况下，其LED的光电参数如下表：

　　从以上测试结果可以看出，LED的光效随着电流的升高而减小。

　　假设我们采用50mA的电流来驱动，则在50mA时LED的功率为0.149W。 设电源效率按88%，灯罩出光率为85%。

　　首先计算LED功率：

　　18.5W×0.88=16.28W

　　考虑到LED的实际功率情况，折算LED数量为：

　　16.28W÷0.149W/颗=110颗

　　LED总的光通量为：

　　110颗×20lm/颗=2200lm

　　则系统光效为：

　　2200lm×0.85÷18.5W=101 lm/W

　　所以，从理论上计算，只需要110个2835，即可满足要求。

　　实际测试结果如下图：

　　实际结果光效低于理论光效，是由于内部LED灯管内部材料对光线的吸收，以及光线的多次反射后的损失，系统光效会低于理论的值，需要根据实际测试结果再进行调整。

　　2.3、采用高光通量或光效的LED

　　根据前面的理论计算和实际测试的结果，其光损耗率约为：

　　（2200×0.85-1711）÷2200×0.85=8.5%

　　即出光的利用率为91.5%。

　　假如采用同样在50mA驱动电流条件下，光通量为22lm的LED，其他条件不变，则最后的光通量和光效为：

　　LED总的光通量为：

　　110颗×22lm/颗=2420lm

　　则系统光效为：

　　2420lm×0.915×0.85÷17.9W=105 lm/W

　　此时由于已考虑了内光光损耗等因素，结果与实际测试基本上一致。

　　2.4、增加LED数量

　　在不能采用更高光通量的LED的情况下，可以采用增加LED数量的方式来进行提高光效。

　　在电源驱动电流不变的情况下， LED数量增加，功率不变，单颗LED的驱动电流降低，LED的光通量增加，LED光效增大。

　　假如将LED数量提高到132颗，驱动电流不变，则LED的功率不变。

　　则单颗LED的功率为：

　　16.28W÷132=0.123W

　　对应关系表中可以看出，单颗LED的驱动电流约为42mA，单颗光通量为17.5lm。

　　则总的光通量为：

　　132颗×17.5lm/颗=2310lm

　　则系统光效为：

　　2310lm×0.915×0.85÷17.9W=100.36 lm/W

　　实际测试结果与此计算结果相同。

　　2.5、提升电源转换效率

　　电源的参数均不变，只是转换效率提高，则灯具的功率减小，其他光参数均不会改变。

　　如电源效率提高到92%，光通量不变，则整灯功率为：

　　17.9W×0.88÷0.92=17.1W

　　则系统光效为：

　　2200lm×0.915×0.85÷17.1W=100 lm/W

　　2.6、采用高透光率的透镜或透光罩

　　LED日光灯的透光罩的透光率只有85%，如果采用更高透光率的透光罩，比如透光率90%的透光罩，则日光灯的出光光通量将大大提高。

　　系统光效为：

　　2200lm×0.915×0.9÷17.9W=101.2 lm/W

　　可见，提高灯罩的出光效率，可以同样达到提高光效的目的。

　　2.7、增加反光膜

　　在灯管内部贴反光膜，其主要目的是减少灯管内部光线的自吸收和增加出光。实际测试结果，在贴了反光膜和没有贴反光膜的对比此时数据，贴了反光膜整灯的光效将在原来的基础上提高5 lm/W。从而也能达到光效100lm/W。

　　2.8、调整LED与透光罩之间的距离

　　所谓强弩之末势不能穿鲁缟者也。光的传输机理也与此相同。透光罩与LED之间的距离越近，LED能量越大，穿透透光罩的光也越多，整灯的光效也相对较高。

　　但对某些场合的应用，有需要考虑照明应用的效果。如日光灯，LED与透光罩距离太近，可能会出现点亮是能看见内部的LED光点，对应用的效果不是很好。

　　2.9、处理好LED散热

　　下图是LED结温和光通量输出的曲线图。从曲线图中可以看出，随着LED结温升高，LED的光通量会降低，而功率基本不变，从而光效会降低。

　　所以，要获得较高的光效，保证LED的散热也是重要的因素。通常，LED封装厂家给定的LED相关参数，均是在LED结温为25℃的条件下得出的，而我们在LED的使用过程中，LED的实际结温均在70-80左右。这就是说，我们使用LED的时候，其实际的光通量就已经只有标定的90%左右了。

　　三、结论

　　3.1、成本核算

　　针对以上几种提高光效的方案，核算成本如下：

　　【注】以上为主要材料成本价格，不含铝基板，人工和加工费。

　　可见，在所有方案中，增加LED数量所增加的成本费用最高，而采用增加反光膜的方式增加的成本最少。

　　3.2、结论

　　从以上分析结果可以看出，虽然是以增加LED日光灯的光效为最终目的，可以实现的方法很多。各种方法都有各自的优点和不足，在此没有一一说明。

　　对于企业而言，要实现降本增效，以最低的成本实现最好的照明方案，才是切实可行的最佳方案。

　　综上所述，对于LED光效的提升，需要综合成本，性能，照明效果进行设计考虑，选取性价比最高的方案，才能实现最佳的产品设计。