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LED光源在矿用防爆灯具的应用 西安南亚科技有限责任公司 公文礼 副总经理 引言：煤矿井下照明的光源先后经历了白炽灯、荧光灯、节能灯三个时代。LED作为第四代新光源，具有发光效率高、耗电量少、使用寿命长、安全可靠性强，环保等优良特性。LED照明已经在煤矿安全生产中，得到了广泛的应用，并发挥了不可替代的作用，像LED矿灯、LED巷道灯、LED支架灯等已经得到了广泛普及。由于LED光源的诸多优点，LED光源在煤矿井下也必将有着广阔的应用前景。对煤矿节能，提高安全生产，降低采煤成本必将具有重大意义。一、大功率LED光源在矿用防爆灯具应用上的优势：1、发光效率高：LED光源经过近十年的发展，发光效率得到了较大的提升。白炽灯、卤钨灯光效为12－24流明/瓦，荧光灯50～70流明/瓦，大部分的耗电变成热量损耗。LED的光效现已可达到90～200流明/瓦。 耗电量少，节能：LED小电流驱动，低电压工作。同样照明效果的情况下，耗电量是白炽灯泡的十分之一，荧光灯管的二分之一。由于煤矿井下是长期持续照明，其节能效果将更加突出。3、使用寿命长，终身免维护：采用LED光源的灯具体积小、重量轻。LED光源环氧树脂封装，可承受高强度机械冲击和震动，不易破碎。平均寿命达10万小时。LED矿用灯具通过实际连续使用用寿命已达3年以上，极大的降低了灯具的维护费用，避免在井下经常换灯要拉闸停电等一系列的麻烦。4、安全可靠，便于实现本安化设计；LED发热量低，无热辐射性，低电压工作，为冷光源，整灯的工作温度低，本安电路设计容易实现。 5、光色柔和，无眩光，配光容易；LED封装时可以做成不同的颜色，色温可以在4000-7000K之间灵活选择。LED显像指数可达80以上，灯具发光颜色更接近于自然光。灯采用小功率Φ5Φ10白光LED来做。使用了几十到几百Φ5～Φ10白光LED，生产工艺复杂、可靠性差、故障率高、外壳尺寸大， 图1 早期巷道灯用的草帽型LED发光管 3.2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。（如图2所示）LED贴片体积更小，但功率要比草帽LED的大得多，所以灯具采用的管子数量要比草帽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，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，由于工作电流小也易于实现本安化。 图2 条形矿用巷道灯所用的小功率LED贴片型光源 3.3大功率LED型：（如图3所示）这是目前应用最多也最成熟的LED方案。几乎大多数巷道灯都在采用这种方案（如图4所示）。这种LED一般有单颗1W和3W的规格，单颗功率较大，应用非常广泛。 图3 应用较成熟的大功率基座型LED光源 这种光源出光均匀，工作稳定，安装简单，电路组合也比较容易，一般采用专门设计的反光罩或者LED专用透镜来进行二次光学处理。 图4 采用大功率基座型LED光源的18W矿用巷道灯 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%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管子容易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，才能尽可能的降低管子本身的光衰，以保证灯具的使用用寿命。 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的多。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，所以可用在井下防爆机车灯，防爆泛光灯，防爆支架灯，以及防爆应急灯等复杂的灯具上。 3.4多芯片集成型光源：（如图5所示） 图5 可用于巷道灯的多芯片集成LED光源 多芯片集成型LED光源具有独特的优势：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。由于一般单颗就能作到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，但光学系统及灯具结构可以借用老式防爆灯具的外壳，可以节约前期开发成本。 虽然这种方案价格相对较低，工艺简单，但因为它是通过封装多个小功率芯片组合而成，数颗LED瞬间产生的热量要持续的通过壳体导出，对灯具的散热结构要求就非常的苛刻,灯具的散热效果较差，从而为管