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几种大功率LED防爆灯光源重在矿井中的合理应用

来源:新黎明科创控股有限公司更新日期:2019-07-12 14:16:00

几种大功率LED光源在矿用防爆灯具中的合理应用根据煤矿井下工作场所的布置和划分,井下的防爆灯具一般由矿灯、巷道灯、机车等、支架灯、应急灯、信号灯,以及一些特殊场所用的泛光灯和投光灯。

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单从LED光源的结构特性来看,现应用较多比较稳定的也就下面几种方案,下面详细的介绍一下他们在矿用防爆灯具中的应用:


早起巷道灯所用的小功率支架LED型主要用在井下防爆信号灯和早期的巷道灯中,一般采用数十颗支架型小功率Y5Y10管来做光源。一般使用了几十到几百颗Y5Y10白光LED点阵式排布,直接插接在PCB板或者焊接在铝基板上,电源驱动可以采用电容降压来实现。光学设计上无需考虑过多,不存在散热问题,灯具结构上也很容易实现;尤其是这种管子国产化程度很高,灯具的成本比较低,很容易设计成灯具。但生产工艺复杂、灯具工作的可靠性差、故障效率高、外壳尺寸大,所以现在的巷道灯很少采用这种方案,但用在防爆信号灯中效果很理想。


仿荧光灯型巷道灯所用的小功率贴片LED型这种光源是对小功率支架型LED的改进,与铝基板条的焊接可采用回流焊,工艺自动化高;做成灯条后整体导热接触充分,导电性能良好,所以生产效率高,成品率也相对高,如所示。LED贴片体积更小,但功率要比支架LED的大得多,所以灯具采用的管子数量要比支架LED型少。灯具的功率一般有10W和20W的规格,驱动电路采用串并联结合的方式,由于受其封装工艺的影响,光源的透光体大多采用硅橡胶制作,所以光源的长期稳定性和可靠性不够理想。目前在条型仿荧光灯的巷道灯上应用较多,也可用在防爆支架灯上,由于电流小也易于实现本安化。


应用较成熟的大功率基座(基板)LED型如所示,这是目前应用最多也最成熟的方案。大多数12~ 18W圆形巷道灯都在采用这种方案,如所示。这种LED―般有1W和3W的规格,单颗功率较大,应用广泛。


井下一般的巷道高3m左右,宽4 ~5m灯的安装间距一般为6~8m比较合适,为了达到在其照射范围内的理想照明效果,必须通过二次光学设计控制灯具的出光角度,使灯具在巷道的长度方向出光角度尽可能的大,一般以160为宜,在巷道的宽度方向一般只需80~90°即可,这样将LED光源发出的有限光就可全部合理地利用起来,使灯具发出的光形成一个椭圆型,使灯具在照射面域内分布均匀。一般可采用专门设计的反光罩或者如所示的花生型LED专用透镜来进行二次光学处理。


采用这种方案的防爆灯具的电源驱动可以采用开关恒流驱动电路,效率较高,可达80%以上。功率较大时电路上可以采用两路串联驱动,这样可以降低总电路的负荷,避免单路驱动时LED管子损坏造成的电路不稳定,从而提高灯具的可靠性。同时灯具必须要有良好的散热结构,才能尽可能地降低管子本身的光衰,以保证灯具的使用寿命。


用基座型大功率LED做光源的防爆灯具其价格比白炽灯、日光灯、节能灯要高得多,但它的节能效果及寿命比其他灯具也高得多。其一次性投资较高,但长期的节电效果及经济性都是非常可观的。由于它容易实现二次光学设计,所以也可用在井下机车灯、防爆泛光灯(如所示)防爆支架灯以及防爆应急灯等复杂的灯具上。


巷道灯常用的多芯片集成型光源多芯片集成型LED光源(如所示)具有独特的优势:通过不同的串并联组合,可以实现各种不同的额定电压和电流,更好地适应驱动电路的设计,提高整体发光效能,降低成本;单位面积的芯片数可多可少,可以封装成各种不同的点光源和面光源。


这种防爆灯具生产工艺简单,由于多点发光,二次光学设计的难度大。因为一般单颗就能做到10W甚至到100W,所以对灯具的散热要求也比较苛刻。


灯具设计时灵活性不大,受芯片局限性大,但光学系这种管子内部的电路复杂(如所示)由于芯片内部采用4并5串的方式供电,如果其中某一路上的某颗或几颗管子损害,势必造成整个电路驱动上的不平衡,从而导致电路的负荷加大,工作不稳定,内部管子损坏后,人眼从外部根本无法发现;第二个原因就是管子自身的VF值也不均衡,或高或低,这样也很难保证4路上的电流均衡,做不到真正的恒流驱动,除非管子的内部再附加其他的调整电路才能够解决。


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