内置电源LED日光灯的缺点和问题

作者：茅于海      上海龙茂微电子有限公司  

目前，几乎市场上所有LED日光灯的电源都是采用内置式。所谓内置式就是指电源可以放在灯管里面。这种内置式的较大优点就是可以做成直接替换现有的荧光灯管，而无需对原有电路作任何改动。所以内置式电源的形状通常都是做成长条形，以便塞进半圆形的灯管中去。内置式电源有两种，一种是非隔离式（图1），一种是隔离式（图2）。

图1. 非隔离式LED日光灯电源

 非隔离是指在LED负载端和220V输入端有直接连接，因此触摸负载就有触电的危险。220V和铝壳之间只有铝基板的极薄绝缘层的隔离，通常不容易通过CE和UL认证。

图2. 隔离式LED日光灯电源

 隔离式是指在输入端和输出端有隔离变压器隔离，这种变压器可能是工频也可能是高频的。但都能把输入和输出隔离起来。可以避免触电的危险。也容易通过CE或UL认证。


一．    内置电源LED日光灯的耗电

采用内置式电源的较大优点就是可以直接替换现有荧光灯而不需要对原有的接线做任何改变。那么内置式的这种优点是不是也付出一定的代价呢？的确如此，而且这个代价还不小。这要从普通荧光灯的镇流器结构说起：

图3. 荧光灯电源电路图

我们知道，较普通的荧光灯的起辉是采用一个串联的铁芯电感和一个并联的起辉器（图3a）。对于这种电路在用LED日光灯直接替换时，只要拔掉起辉器就可以了。但是由于铁芯电感仍然串联在电路中，所以它仍然带来将近6.4W（Philip）到10W（国产）的损耗，结果由于这部分的额外损耗就大大降低了LED的节电功效。例如，本来一个20W的LED日光灯可以取代一个36W的荧光灯，以内置非隔离式的20W LED日光灯为例，实测结果如下。

也就是说，直接替换的结果是效率大大降低，对于国产电感镇流器，效率只有56.2%。只比普通荧光灯节电6.8W。

这使得LED日光灯的节电效能大打折扣，以致合同能源管理（EMC）难以执行。


二．    散热和寿命

内置电源的另一个较大缺点是寿命低。因为电源必须放在铝管里，所以铝管不可能做成鳍片的形式，而只能是普通的半圆柱型，顶多在表面上加上一些很浅的条形沟槽（图4）。

图4. 中空铝管的半塑半铝的LED日光灯灯管

 这种半圆柱的表面积为：2πR*h/2=πR*h。对于T8灯管来说，它的直径为26mm，所以半径为13mm。1.2米的T8灯管，其表面积为：π*1.3+120=490cm²，我们知道LED散热器的表面积通常要求60cm²/W。，所以这种半铝管只能散8W左右的热量。而T8型LED日光灯通常输入功率为20W，假定LED的发光效率只有20%，那么有16W的输入电功率都变成热量。而现在只能散去8W的热量，而还有8W的热量无法散去，其结果就是使得LED的结温升高，寿命缩短。

 不仅如此，由于电源内置，电源的热量也就加入到管内，假定电源的效率为88％，所以就有2.4W的热量也要散去，相当于又要增加30％的热量，也就是说一共有10.4W的功率无法散发出去。使得LED的散热又增加的一份困难，或者说，使得LED的使用寿命也更加缩短。而且，电源的长度大约为灯管长度的五分之一，电源所发的热也集中在这一段里面，使得靠近电源的这些LED受到更热的烘烤，因而寿命也比其他地方的LED更短，灯管在损坏时，靠近电源的一段先黑掉。可以认为，内置电源的LED日光灯的寿命不会高于10,000小时。

 而且把电源放到管子里面，电源本身还要承受由LED产生的很高的环境温度，这就大大降低了电源里的电解电容的寿命，也就降低了整个灯具的寿命。