電光源種類與特點分析論文

時間:2022-10-19 11:22:00

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電光源種類與特點分析論文

摘要:分別討論了熱輻射型電光源、氣體放電型電光源和高亮度白色發光二極管燈的性能和特點,從節能和長壽的角度分析,推廣使用高亮度白色發光二極管燈,是二十一世紀電光源發展的必然趨勢。

關鍵詞:電光源;白熾燈;熒光燈;金屬鹵化物燈;發光二極管

1引言

電光源自最初的白熾燈誕生以來,已有百余年的歷史,隨著科學技術的不斷發展,相繼涌現出眾多的電光源品種,以適應各種場合的照明需求。進入二十世紀下半葉以后,世界性的能源短缺和火力發電廠二氧化碳排出量造成的溫室效應,以及許多新的應用領域對電光源的性能提出了新的要求等,促使電光源向著節能、環保、安全、長壽等方面發展,并取得了一系列令人矚目的成就。

本文將分別討論熱輻射型光電源、氣體放電型電光源和前景無量的白色發光二極管燈的性能和特點,與讀者共同交流。

2熱輻射型電光源

熱輻射型電光源主要有白熾燈、鹵鎢燈兩種。

白熾燈是電光源中最古老,也是最常見的品種,它的派生種類也最多。白熾燈的制造工藝成熟、成本低、光色柔和及顯色性好,顯色指數高達95~99,近似為自然光,無須任何附件配合工作,調光方便,且無啟動時間,但發光效率較低,一般只有5~20lm/w,壽命也較短,通常只有1000小時左右。

鹵鎢燈是繼白熾燈之后改進而成的,它是在裝有鎢絲的燈管內,充入微量的鹵素或鹵化物構成的電光源。鎢絲點亮后,在高溫下能揮發出鎢蒸氣,在燈管內壁附近溫度較低的區域與鹵素化合成鹵化鎢,由于對流的作用,鹵化鎢又在鎢絲表面的高溫區分解出鎢,再返回到鎢絲表面。如此將不斷地揮發、分解與返回,因此,鎢絲不會很快變細,燈管也不會發黑,故鹵鎢燈具有壽命長(一般為2000小時)、光效高(20~30lm/W)的特點,而且還具有體積小、亮度強、使用方便、價格便宜等一系列優點。

白熾燈和鹵鎢燈都是依靠電流通過燈內的鎢絲產生熱效應而發光的,鎢絲屬于金屬導體,在電路中顯示純電阻性,不影響供電電源的交流參數,對電源質量不會產生危害,對電源設備不構成影響。

3氣體放電型電光源

氣體放電型電光源主要有普通型(即標準型)熒光燈、節能型熒光燈、高壓汞燈、高壓鈉燈、金屬鹵化物燈等品種。

普通型熒光燈是誕生最早的氣體放電型電光源,外形為直管狀,且管徑較粗(T12,φ38mm)。它能夠發出近似自然光的白光,光色好,顯色指數高達70~80,光線柔和,發光效率高(大多為40~70lm/w),平均壽命2000~3000小時。

節能型熒光燈是上世紀八十年代以后發展起來的,主要有細管徑T8型(φ26mm)和超細管徑T5型(φ16mm)兩種類型。T8型的顯色指數可達60,發光效率高達70lm/w;T5型的顯色指數提高到80,發光效率更是高達85lm/w,性能非常優越。

除了T8、T5型管狀節能熒光燈外,還有細管H燈、U型燈和雙D燈,通常稱它們為緊湊型節能燈。這些燈體積小、重量輕、亮度高、功耗低、壽命長,因此應用十分廣泛。上述幾種熒光燈在使用時,必須由鎮流器和啟輝器配合工作。

高壓汞燈是利用汞放電時產生的高氣壓獲得可見光的電光源,它的發光效率較高,一般為30~60,使用壽命長達2500~5000小時。它的缺點是顯色性差,顯色指數為30~40,而且不能瞬間啟動,并要求電源的電壓波動不能太大,還需要鎮流器的配合方能工作。

高壓鈉燈是一種高強度氣體放電燈,它的發光效率非常高,可達90~100lm/w,壽命可達3000小時,其光色柔和,透霧性強,唯獨顯色指數較低,只有20~25,在工作時需要鎮流器、啟輝器的配合。

金屬鹵化物燈集中了熒光燈、高壓汞燈和鈉燈的優點,是目前世界上最理想的氣體放電型電光源,它的發光效率一般為80左右,顯色指數高達65~85,使用壽命大多在10000小時以上,是名副其實的高效、節能、廣用、長命燈。該燈在工作時也需要鎮流器的配合。4白色發光二極管燈

發光二極管(LED)自從1962年開始生產以來,一直主要用作電子裝置的顯示和圖象用光源。隨著半導體工藝技

術和納米技術的飛速發展,近幾年來,以塊狀氮化鎵(GaN)單晶基材的成長及其有關的成長技術,取得了引人注目的成果,以氮化鎵為材料的白色發光二極管應運而生,成為繼白熾燈、各類氣體放電型電光源之后的一顆耀眼的新星。

單芯片白色發光二極管,是一種含InGaN活性層的GaN發光二極管,In的高濃度擴散成為提高發光效率的主要手段,其白色光獲取的機理分為兩種:其一是結合藍色LED和黃磷,通過藍光和磷發射的黃光混合后產生白色光;其二是通過紫外線LED與紅、藍、綠磷的組合而產生白色光。白色LED的正向壓降大多為3.5V左右,額定電流為2~20mA,亮度高達600mcd,發光效率現已超過60lm/w,遠遠優于白熾燈泡。

以氮化鎵為基礎而制成的高亮度白色發光二極管,是新一代節能高效環保型綠色光源,它的發光強度分別為熒光燈的4~6倍和白熾燈的15~30倍,能夠連續工作10萬小時,其壽命比普通白熾燈泡延長了100倍。一種發光面積小于1平方厘米、功耗為3瓦的白色發光二極管,能產生相當于60瓦白熾燈泡發出的光強。當前,發達國家都在竟相研究、開發并推廣使用高亮度白色發光二極管,以取代傳統的電光源。由于白色發光二極管體積小、亮度強、耗電低、壽命長,而且幾乎無溫升,故非常適合于商住樓宇的一般照明、交通、展示、廣告、方向牌的照明及應急照明和無線電話(如彩屏手機)、游戲機、攝錄機、數碼像機、筆記本電腦、彩屏PDA,以及建筑、舞臺、手術、飛機等照明場合。隨著高亮度、高效率白色發光二極管制造技術飛躍的進步,從而將開創出新的照明應用領域及照明文化,必將成為二十一世紀照明光源的主角。

5結束語

從上述的列舉可以看出,所有氣體放電型電光源的發光效率均比熱輻射型高得多,壽命也長得多,這是實現照明節能的先決條件。另一方面,氣體放電型電光源在工作時必須有鎮流器的配合,否則無法工作,而目前廣泛使用的鎮流器絕大多數為電感線圈式結構,它在交流供電電路中呈電感性,由此對電源的交流參數必將產生影響,如功率因數下降、波形畸變等,有必要進行無功補償和其他技術校正措施。相比之下,白色發光二極管使用簡單、壽命長、光色好、無公害,其省電優勢極為突出,在全球能源緊張的當今時代,推廣使用白色發光二極管燈已成為必然趨勢。