LED射灯和洗墙灯应用技巧

一、LED射灯

随着LED技术的快速进步和发展，LED光效的不断提升，LED射灯技术也在快速的发展。目前LED射灯几乎是以替代传统卤钨灯为主的，相比传统灯具，LED射灯在节能和寿命方面具有显著的优势。而随着LED射灯成本的降低，LED射灯的应用也逐步开始普及。在公园和一些公共场所都可以见到。那我们先对LED射灯进行一个定义：LED射灯又叫LED投光灯、泛光灯，灯杯等，我们都统称为LED射灯。主要的应用于单体建筑、历史建筑群外墙照明；大楼内光外透照明、室内局部照明；绿化景观照明、广告牌照明；医疗、文化等专门设施照明；酒吧、舞厅等娱乐场所气氛照明等公共场所照明。

1.LED射灯的技术要求

现阶段的LED射灯，主要以替代传统卤钨灯为主，相关的安全要求大多参考传统照明要求，并根据LED灯的特点，形成了一套安全认证标准。目前，在LED射灯的认证方面，国际上主要以欧洲CE和北美UL认证为主，在中国可进行自愿性认证（CQC）。

在CE认证里包含LVD和EMC两个方面，其中LVD是按照EN60968标准执行（将升级IEC 62560）；EMC按照EN55015、EN61547、EN61000-3-2和EN61000-3-3标准执行。此外，LED灯通常还需要额外参照IEC 62471，进行光生物安全方面测试。在北美，通常需要进行UL安全和FCC电磁相容认证。UL执行标准为UL1993、UL8750和UL1310；FCC执行标准为FCC PART15 Subpart B。在中国，对于LED射灯是采用自愿性认证（CQC），执行标准为GB 24906—2010（安全）和GB 17743—2007（电磁相容）。

另外，在LED射灯的性能方面，也有诸多标准规定。美国有能源之星（ENERGY STAR）的相关要求；中国有节能认证要求，执行标准为CQC 3129—2010。这些要求中，均对LED射灯的色温、显色指数、初始光通量、光效、光通维持率、寿命、中心光强、标称功率、功率因子、产品标识等进行了规定。

LED射灯在具体使用方面要注意以下的基本参数：

（1）电压。

LED射灯的电压为220V、110V、36V、24V、12V等几种，所以我们在选择电源的时候就应该注意相对应的电压。

（2）工作温度。

因为射灯通常用在户外比较多，所以这个参数就显得比较重要，对温度的要求也比较高，一般情况我们要求的户外温度在-40℃～+60℃都可以工作。

（3）防护等级。

这个是射灯的重要参数，也是影响目前护栏管质量的重要指标，我们要进行严格的要求，我们在户外使用，要求防水等级都要在IP65以上是最佳的。还要要求有相关的耐压、耐碎裂、耐高低温、耐燃、抗冲击老化等级。

（4）控制方式。

对LED射灯来说大多是单色的比较多，所以通常是加上一个恒流驱动电源就可以工作。但恒流源的质量对LED射灯的寿命影响很大，所以得选用高效的恒流驱动。

（5）发光角度。

其发光角度一般有窄（20°左右）、中（50°左右）、宽（120°左右）三种。

（6）功率。

以前的LED射灯大多是用小功率LED做成，但现在随着大功率技术的发展，大功率LED射灯也越来越普通。高的大功率LED射灯可以做20W左右。但目前1W，3W，5W的应用比较广泛。

（7）LED射灯灯条的规格：MR16、GU10、HR16E27、JDRE27、JDRE14、PAR20、PAR30、PAR38、PAR56等不同的规格。

2.常见LED射灯的规格及类型

现阶段的LED射灯主要以替代传统卤钨灯为主，因此外形尺寸是参照IEC 60630标准，灯头参照IEC 60061-1标准。根据传统射灯情况，目前的LED射灯主要有MR16、PAR16、PAR20、PAR30、PAR38这几种。其中MR16通常采用GU5.3灯头；PAR16主要采用GU10、E26（美洲）/E27（欧洲及中国）、E14灯头；PAR20/PA30/PAR38主要采用E26、E27灯头。如图10-15所示为几种不同的射灯灯头。

图10-15　LED射灯灯头

a-GU10灯头；b-E27灯头；c-MR-16灯头；d-PAR型灯头

3.常见LED射灯的结构简析

目前的LED射灯均为自镇流式，即LED驱动电源全部内置在灯体内部，直接接电即可使用。

图10-16　LED射灯（PAR16-GU10）拆解图

如10-16图的射灯拆解图可以看到，目前的LED射灯主要由光学器件（透镜、反光杯）、LED光源、散热器、驱动电源、灯头这几部分组成。但各厂家的LED射灯，由于采用的材料、工艺、LED封装方式不同，使得射灯在设计和加工上会有一些差别。

（1）LED光源及光学器件。

目前的LED射灯主要采用多颗大功率LED及集成封装LED制作，如图10-17和图10-18所示。

图10-17　多颗大功率LED

图10-18　集成封装LED射灯

采用多颗大功率LED的方式，通常需要一个电路板将LED做电气连接。该电路板大多使用铝基板制作（MCPCB）；对于一些设计也有采用玻纤板（FR-4）制作，但需要专门设计散热焊盘。然后用螺丝或胶粘的方式固定在灯壳散热器上。多颗大功率LED制作的射灯，透镜通常是采用对每颗LED进行独立配光的，再组合成一个光斑透镜。

采用集成封装LED制作的射灯，不需要电路板，可以直接将驱动电源输出线连接到LED灯上。同样是采用螺丝或胶粘的方式固定在灯壳散热器上。该种射灯的二次光学，通常采用一个透镜或反光杯的方式进行配光，透镜和反光杯的高度都较高，小角度的配光有难度。

此外，对于大出光面的射灯，大多采用多个光学器件组合的方式完成整个灯具的二次配光设计，如图10-19所示。

图10-19　多个光学器件组合的射灯

（2）LED驱动电源。

目前的LED射灯大多为内置电源的自镇流式射灯。内置LED驱动主要采用开关电源实现，分隔离式和非隔离式。隔离电源的初级和次级形成了电气隔离，在射灯设计时，只需要将电源初级与外壳或其他人体可接触部分做好充分的防触电即可，而次级通常为安全电压，可做简单防护即可。这类电源相对安全可靠，但要求放置空间大，其转换效率也较低。非隔离电源由于初次级之间未做电气隔离，需在结构上做更严格的防护隔离，但该类电源效率高，体积小。除开关电源外，还有多种其他LED驱动方式，但其安全性和可靠性都较低，需要在结构设计上多做努力，以满足相关安全要求。此外，由于电源内置，通常元器件温度都很高，将直接影响到LED射灯的使用寿命和稳定性。因此很多厂家都采用灌胶的方式，改善电源的散热能力，并提高电源与散热外壳的绝缘性，如果10-20所示。

由于LED的可控制性，因此各厂家都有开发可调光的LED射灯。现有的主要调光方式有可控矽调光、PWM调光、0～10V调光、DALI调光、DMX51调光、电力载波调光等，都是通过控制LED的驱动电流或电压的方式，改变LED的亮度。

图10-20　电源灌胶射灯

（3）灯壳散热器。

灯壳散热器是考量各厂商设计能力的主要地方。大多数厂家的散热器都是采用铝材质，加工工艺有机加工及模具成型等方式。在结构设计上，各厂家为了加大射灯的散热能力，通常采用翅片的方式，如图10-21、10-22所示。

另外，灯壳部分也有用导热塑胶或陶瓷材料制作的，均采用模具成型的方式。这两种材料具有良好的绝缘性能，可使产品具有高的电气安全性能，便于内部LED驱动的安全隔离。但这两种材料的导热系数较低，不利于热传导，对于对热传导要求不高的室内产品可以使用。此外塑胶材料还有重量轻的特点，可以使LED射灯的重量得到大幅度的减轻。

图10-21　带翅片的LED射灯散热器(www.xing528.com)

图10-22　镶件注塑散热器

4.LED射灯的选购常识

射灯根据出光面大小可分为PAR16、PAR20、PAR30、PAR38这几种，常用灯头有GU10、E27、E14等，这类射灯都是采用市电85～265VAC供电。此外还有一种MR16射灯，灯头为GU5.3，是采用12VAC供电，其前端还有一个电子变压器或工频变压器将市电220VAC转换为12VAC。

射灯的角度一般在65°以下，主要用于局部照明、重点照明等场合。各厂家的角度大多集中在12°、24°、36°这几种范围。

根据《GB 50034—2004建筑照明设计标准》，室内照明光源相关色温可分为三组，小于3300K为暖色，适用于客房、卧室、病房、酒吧、餐厅；3300～5300K为中间色，适用于办公室、教室、阅览室、诊室、检验室、机加工车间、仪表装配；大于5300K为冷色，适用于热加工车间、高照度场所。目前国际国内相关标准基本是引用《ANSIC78.377》，将色温分为2700K、3000K、3500K、4000K、4500K、5000K、5700K、6500K这几个档次，各色温允许的色容差范围如表10-1。

表10-1　LED色温色容差范围

注：①6个标称CCT对应了荧光灯的规格2700K，3000K（暖白），3500K（白），4100K（冷白），5000K和6500K（日光）。
②T是除了表中所列的八个CCT值以外的CCT值，它选择了100K的步长（分别为2800，2900，...，6400K）。

因此LED射灯通常也按此进行色温分类。但LED射灯主要应用于室内照明，色温主要集中在2700K、3000K、4000K和5700K这几个档次。

在《GB 50034—2004建筑照明设计标准》中规定，长期工作或停留的房间或场所，照明光源的显色指数（Ra）不宜小于80。在灯具安装高度大于6m的工业建筑场所，Ra可低于80，但必须能够辨别安全色。

在LED射灯选购时，需详细阅读厂家提供的说明书或包装说明，确定产品的供电电压以及产品相关参数，包括光通量、色温、功率、显色指数、角度等。在室内照明中，进行LED射灯选购时，首先要确定是采用市电直接供电，还是采用变压器转换后供电，以此来选择是购买MR16还是其他射灯；其次要确定射灯的灯头和出光尺寸；然后还需确认你所需射灯的角度范围；最后可根据上述《GB 50034—2004建筑照明设计标准》要求，根据使用场合确认色温、显色指数以便达到想要的照明效果。如果对灯具参数不是很懂的情况下，可以查看包装上的等效标示，看等效于多少功率的传统灯具，从而进行选择。

由于现有各厂家的LED射灯良莠不齐，很多厂家为了解决散热和电源放置空间的问题，不是完全参照IEC 60630设计射灯外形，而射灯在有些时候是作为一些灯具的光源使用，因此需要明确该LED射灯是否可以装入该灯具内。如果不能装入，还需要再购买与之相匹配的灯具外壳，进行整体式替换。对于MR16射灯，由于其前端有一个电子变压器或工频变压器，购买MR16时还需要确认是否可以与该变压器相容。如果不相容就会出现灯闪或不亮的情况。对于可控矽调光的射灯，还需要考虑灯具与调光器的相容性问题，否则会出现调光时灯闪烁或不能调光的现象。

5.LED射灯发展方向及其规格接口标准化思考

目前的LED射灯都是以替代传统卤钨灯射灯为主，受其外形、灯头和安装要求的限制，使得LED射灯的设计面临许多的困难。在现有射灯标准的尺寸范围内，很难将一个LED射灯做到高功率和高光通量，同时配光、散热、电气安全等方面也面临诸多困难，不能体现LED的长寿命、高光效等特点，不利于LED照明的健康发展。

LED本是一种新型光源，LED射灯是最早能体现LED特点的应用产品之一。应根据LED特点，制定一套新型的LED射灯规格接口标准。对LED射灯的外形尺寸、模组分块、参数分档、标准接口等进行规定，实现LED的模组化和互换性，从而推进LED照明的健康发展。

目前，国际上的ZHAGA联盟，吸引了来自美国、亚洲和欧洲数百家灯具、光源、LED模组等制造商及行业相关企业，现已经在开展LED灯具的规格接口标准的制定。其致力于加强LED模组及其控件在机械、测试、参数等方面的相容性。相关技术规范已经有出版，部分已修订多次。在中国，由国家半导体照明工程研发及产业联盟牵头组织了九洲光电等多家企业，也在积极开展相关工作。

图10-23　LED洗墙灯

二、LED洗墙灯

随着大功率LED技术的发展，大功率LED应用越来越广范，大功率LED洗墙灯就是应用之一，让我们来了解一下LED洗墙灯的详细情况。

洗墙灯源自于英文wash wall，译成中文就成了洗墙灯。LED洗墙灯又叫线型LED投光灯等等，因为其外形为长条形，也有人将之称为LED线条灯，如图10-23所示，主要也是用来做建筑装饰照明之用，还有用来勾勒大型建筑的轮廓，其技术参数与LED投光灯大体相似，相对于LED投光灯的圆形结构，LED洗墙灯的条形结构的散热装置显得更加好处理一点。

1.LED洗墙灯的基本参数

LED洗墙灯和护栏管有很多的相同点，让我们来对它的参数进行介绍：

（1）功率。

洗墙灯的功率大小决定了其投射的距离，一般常规有18W、24W、36W、48W等参数。但功率并不是固定的。功率可以根据要求灵活变化，一般大功率LED洗墙灯都是指单排的，多排的那叫线性LED投光灯。另外因为散热的问题，采用单颗1W做1m的洗墙灯最好不要超过36W，否则散热不好会出现光衰严重的情况

（2）电压。

可分直流DC和交流AC，一般内置电源外接AC220V（日本AC110V）市电等，外置的话一般都为低压DC24V、DC12V、DC27V等等。根据不同的要求、不同的生产厂家，电压也有不同，所以在选择电源时候就注意相对应的电压。

（3）工作温度。

因为洗墙灯通常用在户外比较多，所以这个参数就显得比较重要，对温度的要求也比较高，一般情况我们要求的户外温度在-40℃～+60℃都可以工作。但洗墙灯是用散热比较好的铝外壳做的，所以这个要求一般的洗墙灯都可以满足要求。

（4）LED灯珠数。

通用洗墙灯的LED数量为9/300mm，18/600mm，27/900mm，36/1000mm，36/1200mm。

（5）防护等级。

这个是洗墙灯的重要参数，也是影响目前护栏管质量的重要指标，我们要进行严格的要求，我们在户外使用，要求防水等级都要在IP65以上是最佳的。IP65中6代表：完全防止粉尘进入，5代表：用水冲洗无任何伤害。还要要求有相关的耐压、耐碎裂、耐高低温、耐燃、抗冲击老化等级。

（6）控制方式。

对LED洗墙灯来说目前有两种控制方式：内控和外控两种。内控就是不用外接控制器，设计人员把控制系统设计在冼墙灯里面，程度效果是不能改变的。外控就是外接控制器，其效果可以通过调整主控的按键而改变效果。通常在大型工程上面，客户要求可以自己改变效果，我们都是用外控这种方案。也有很多的洗墙直接支持DMX512的控制系统。

（7）颜色规格。

2段、6段、4段、8段全彩颜色、七彩颜色、红、黄、绿、蓝、紫、白等颜色。

（8）发光角度。

其发光角度一般有窄（20°左右）、中（50°左右）、宽（120°左右）三种，目前，大功率LED洗墙灯（窄角度）的最远的有效投射距离为20～50米，发光角度越窄那么投射距离越远。

2.连接方案图解

以上的参数是我们选择LED大功率洗墙灯的时候必须考虑的参数，为了使第二次分配LED管发出的光减少光损，让照度更好，洗墙灯每个LED管会带有一个由PMMA制成的高光效透镜。我现在把洗墙灯的连接通过控制连接图让大家更加容易理解，如图10-24所示。

图10-24　LED大功率洗墙灯连接图

LED洗墙灯由于体积比较大，散热方面比较好，所以在设计方面也大大减少了难度，但在实际应用中，也会出现恒流驱动做得不是太好，出现损坏的也不少，所以怎样让洗墙灯能够更好的运行，重点在于控制和驱动方面，下面一起来学习一下LED恒流器。

对于LED的大功率产品，我们都会提起恒流驱动，那什么叫LED恒流驱动呢？

无论负载的大小如何变化，LED的电流保持不变的电路就叫LED恒流驱动。如果洗墙灯里面用得是1W的LED，我们通常是350mA的LED恒流驱动，用LED恒流驱动的目的就是为了提高LED的寿命和光衰。恒流源好坏的选择是根据其效率和稳定度来说，我尽可能选择效率高的恒流源，这样可以减少能量的损耗和温度。

3.LED洗墙灯的应用

下面让我们来分析一下洗墙灯主要的应用场合及可实现的效果。

LED洗墙灯通过内置微晶片的控制，在小型工程应用场合中，可无控制器使用，能实现渐变、跳变、色彩闪烁、随机闪烁、渐变交替等动态效果，也可以通过DMX的控制，实现追逐、扫描等效果。目前，主要的应用场所有：单体建筑、历史建筑群外墙照明。大楼内光外透照明、室内局部照明。绿化景观照明、广告牌照明。医疗、文化等专门设施照明。酒吧、舞厅等娱乐场所气氛照明等。