有关延长LED照明系统寿命毕业论文写作资料-论文写作网

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灯泡灯具论文范文

全球产生的电能中大约有20%至50%用于照明.随着世界人口的不断增涨,现在仅有两科可能的方案提供更多的电能：通过修建新的发电厂生成更多电量,或者更高效地利用已经产生的电能.即使有能力修建更多的发电站,将这些电能输送至电力所需场所的输电线也可毹需要花费数年时间来规划和安装,因此,提高效率的解决方案已是照明行业的首选.

LED大约在20世纪70年论文范文始商用,替代用作指示灯的白炽灯泡.如今,LED已具有超过100流明／瓦特的光效,并正逐步进入多种通用照明应用领域.将灯具设计从白炽灯泡转换成LED所面临的初期问题之一即是热特性不同.实际上,LED生产商发布了其发射体随温度而变化的寿命曲线,而一些灯具设计人员之前可能从未见过.

LED带来的问题

白炽灯泡可以视为发出可见光的发热器.一盏白炽灯泡发出的光大约有90%属于超过700纳米的红外线区域,人看不见但可以感觉得到,如图l所示.

如果靠近白炽灯泡,则可以感觉到红外线的“热量”——这是厨房照明常要面临的一个问题,因为多余的红外线光会加热处于光源下方的食物,从而可能令其过早腐坏.

LED面临的问题则完全不同.当电子穿过称为”能带隙”的禁能区时LED发光.当电子与电子“空穴”结合或电子不存在时,它们会失去穿过势垒的能量.因此,可以通过调节能带隙发出各种不同频率的光.传统的“白光”LED最初发出的是强烈的蓝光或者紫外光,这些光常用来刺激置于光程中的荧光体.将电子在LED的结中转换成光子的过程并不理想.在结中形成的大多数光子并没有发射出,最终它们将重新结合,产生废热.这两种机制都会产生废热,必须从LED的结中将其消除,否则将带来严重损坏.

热问题的解决方案

消散掉LED所产生的废热极其重要,它甚至可以作为这个新兴行业评定赢家和输家的标准.目前存在两个市场：一类是螺口灯座灯泡、 “CAN总线”和低电压卤素灯具以及工作照明灯应用；另一类是可靠性和总成本占重要地位的新型建筑和商业应用.在现有的基础架构中,这两类应用都缺乏正确的热管理.

解决改装市场上的热管理问题面临一些额外的障碍,包括成本问题以及如何处理好现有灯具较差的热特性.解决热问题和成本问题的一个方法是采用被动冷却.这要求设计的灯具或灯泡带有一个大散热片,为热量从LED消散掉提供一个低阻力通道.像电流一样,热通道上的任何热阻会引起温度上升.

对于要求更严苛且因环境空气温度升高或者空间有限而导致热传导受限的应用,主动冷却或许是个不错的解决方案.目前LED的使用寿命超过35,000个小时,这令旋转风扇成为系统上的薄弱环节.一家名为Nuventix的公司发明了一种基于被称为“卷吸”的流体动力学原理的新型主动冷却系统.该系统产生高速空气射流脉冲,从而吸收或“卷吸”系统周围的空气.其沿着射流方向产生一个气流矢量,引起空气连续流动.图2显示的是Nuventix MR16冷却器,其在散热片和环境空气之间提供极低的热阻抗一一基于热阻为2.0至3.25℃/W的型号.在多数情况下,主动泠却会是维持恰当的LED温度以延长灯具使用寿命的唯一方法.

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可与上述两种方法结合使用的另一种方法称为热量返送（Thermal Foldack）.要提供热量返送,LED驱动器必须集成有一个能感应LED温度的额外控制电路.如果因为任何原因致使LED的温度上升并超过安全限值,如冷却通道堵塞、环境温度升高等,驱动器将感应温度的上升,并“返送”驱动LED的电流.反过来将降低LED的功耗,从而降低温度.虽然亮度也会降低,但LED可免于损坏,其正常使用寿命也得以维持.一旦热问题得以校正,驱动器将再一次增加电流,使LED恢复原先的亮度.

前景

有一些公司,比如Luminus设备有限公司正通过直接在芯片上集成波导技术来增强LED的发光强度.这些LED以引导表面下光子的光子晶体——比如蛋白石为基础,因此它们可通过发射而不是吸收光子来减少发热.随着LED的光效不断增加,损耗的功率也会越来越少,从而减轻与热管理有关的一些问题.此外,国家光效标准将继续促进固态照明系统的发展,从而最终取代质量低下的白炽灯泡以及当前使用的所有其他光源.

结论