颇具性价比的高导热塑料工矿灯设计技术

LED照明灯具为了迎合市场和客户的需要，必须创新设计万千种方案和造型。现有的LED照明相关器件、材料已不能满足不断变化市场的需要，需要不断创新设计思路、创新新材料、新工艺，才能创新设计生产新一代的照明灯具。

1 高导热塑料工矿灯

工矿灯作为室内外照明用途广泛和需求量大的产品，以往传统的工矿灯采用低电压、大电流的LED灯珠工作状态设计，如集中封装的COB，在点亮时造成灯具高热难以散发，一直是令产品设计师费心费力去寻求降温散热的方法而头疼的，耗用较多的铝材而设计成效果欠佳的散热器件，散热器设计高大笨重。

高导热塑料出现为工矿灯提供一种散热好、耐腐蚀、绝缘性能好的新一代材料，工矿灯新的系统设计因此有了创新的方案。如图1所示二个不同散热材料、不同方案设计的100W功率LED工矿灯，左面是传统设计的LED工矿灯，采用低电压、大电流COB的 LED灯珠光源板，外置驱动电源，多鳍片铝合金散热器，整体自重5—6kg;右面是采用HVLED均布技术光源板，高压线性恒流驱动电源，和高导热塑料散热器，创新设计的新一代工矿灯，整体自重仅1.85kg。

2 高导热塑料

高导热塑料，顾名思义就是导热性能优良的塑料。高导热塑料导热系数2-9 W/mk，耐压AC6000V，耐高温，耐酸碱盐雾腐蚀，阻燃等级高。适合于挤塑、注塑成型的自动化、大批量生产，产品无需任何后道工序，大大降低了制造成本，生产过程环保而无污染。

塑料有石化塑料和生化塑料二大类，分别来自于石油和植物。石化塑料从石油分解中获取，石化塑料废弃之后很难自行分解。生化塑料来自植物，废弃时只要加以粉碎，埋入地下几年后，在一定湿度和微生物的作用下，可自行分化瓦解，实行全降解，非常环保。

传统的石油基塑料制品在为人们日常生活带来便利的同时，也产生了一系列问题，其中白色污染和能源短缺最为严重。为了解决这些问题，一种可完全降解的生物塑料—改性聚乳酸PLA应运而生，它既具高导热性能，又具有良好的绝缘性能，无漏电之虞，正是LED照明所需要的、理想的散热器新材料。

PLA(Polylactic Acid)是聚乳酸的英文简写，是以乳酸为主要原料的聚合物。其合成原料主要来源于植物性淀粉(俗称“玉米淀粉”)，它不仅可以持续利用，而且使用后粉碎埋在土壤中可被微生物完全分解，对环境无任何污染，因此是目前国际上公认的理想的绿色材料。高导热生物塑料由PLA多次改性而成的，导热速度快、主要特点是散热好，又具一定的刚度。可以广泛应用于不同功率(3W-200W)的LED灯具，涵盖球泡灯、日光灯、天花灯、筒灯、轨道射灯、Par灯、工矿灯、防爆灯、路灯等常见的LED灯具。高导热塑料具有抗紫外线，耐酸碱盐雾腐蚀的特性，尤其适合在一些特殊要求的环境中使用，如海边、码头、海洋船舶，有盐雾及酸碱浓度较大的使用环境。

3 高导热塑料散热器VS铝散热器

1、绝缘特性：高导热塑料的绝缘特性，使整灯产品可采用各种不同的电源方案，如非隔离开关恒流驱动电源方案，高压线性恒流驱动电源方案，无需体积大、价格贵的外置电源。有效地降低整灯成本，提升整灯效率，减少产品的体积。

2、耐酸碱，盐雾的腐蚀：整灯产品能广泛应用在各种恶劣环境中，如海洋，沙漠，井下等腐蚀性强的环境中，有效地避免了铝件散热体由于盐雾，湿度等恶劣环境所造成的氧化，腐蚀和锈蚀的缺点。

3、加工特性：直接采用注塑方式制作，一次成型，光洁度高;避免了铝件作为散热体的后续多道加工工序的成本，生产过程无任何重金属污染，以及废水废气的排放。

4、塑包铝结构：既可充分发挥铝传导热量速度快的特性，又可以充分发挥散热材料热对流辐射能力特性，散热效果比单独使用铝件更为有效。

5、整灯产品重量轻：由于散热效果明显，可以用更小的体积，更轻的重量，满足同一尺寸散热体用在更高功率产品的需求。

6、环保特性：高导热塑料使用PLA玉米淀粉作为原料，具有全降解的特性，更符合欧美的环保要求，更易被客户所接受。

7、特殊灯具的应用：如在防爆灯的应用方面，由于绝缘散热材料具一定的刚度，可以取代金属作为防爆灯的外壳，大幅减少金属作为防爆灯外壳所必须的安全工艺，可以减少制造工序，降低成本。

高导热塑料与铝合金散热器的优势比对如表1所示。

4 高导热塑料工矿灯设计方案

瀚富新材2013年初导入PLA高导热塑料材料以来，一直致力于高导热塑料在LED照明领域的应用技术推广。率先推出高导热塑料工矿灯实用设计方案。

高导热塑料工矿灯采用由高导热塑料为主体全塑料或塑包铝散热的系统结构套件，和集光电一体于一块铝基板上的光电引擎组成。图2是高导热塑料工矿灯外观图，右侧图是带散热鳍片的高导热塑料散热器;左侧图是集光电一体的光电引擎。光电引擎采用不需要变压器、不需要电解电容器、不需要电感器的高压线性恒流驱动电源;采用均布HVLED的光源灯珠布程设计技术。光电引擎上的LED灯珠、高压线性恒流驱动电源芯片、整流桥堆、贴片电阻电容均可一次在SMT上自动贴片生产，生产效率高，节省人工。

高导热塑料可过6000V高压试验，因此，设计成整灯，系统过EMC、CE、UL、TUV等认证都很方便。

高导热塑料工矿灯系统结构如图3所示。图4是全塑结构的高导热塑料工矿灯的主体实物图。

5 高压线性恒流驱动电源

高压线性恒流驱动是LED照明新一代的恒流驱动电源。高压线性恒流驱动电源芯片利用AC-DC整流后的脉动直流按电压分段驱动HVLED的灯珠串，使它们在短时间内瞬间顺序点亮发光。由于尽在1/50秒内发生，人眼是无法看到顺序点亮的过程，只能感觉LED灯珠一齐点亮。

120W工矿灯的光电引擎如图5所示，HVLED采用多芯封装的、18V输出的5730 灯珠，采用均布技术设计，有利于每颗LED灯珠的散热。高压线性恒流驱动采用SW5907高压线性恒流驱动芯片。光电引擎上的零部件十分简洁。


　　SW5907是韩国新一代的高压线性恒流驱动芯片，在220V的情况下可单颗支持20W，最大输出电流120mA，PFC>0.95，且具有自动过温和过压保护，内置四个耐压500V的MOS管。其独有的专利技术，可在电压大幅波动20% 的情况下，保持功率和热量在5% 的范围波动。因此，采用高压线性恒流IC驱动方案设计整灯的应用电路简单而高效。

SW5907应用电路如图6。

采用“光电引擎” + 高导热绝缘散热体的优势

1、高PF值(轻松达到>96%)，高效率(基本可以在85%-92%)，THD<20%。

2、无需添加加任何安规电容或电感，则可满足EMC、能源之星和PWM的调光要求。

3、电路部分，全部采用固态元器件，避免电解电容长期在高温状态下使用容易损坏的问题，电源寿命更长，更稳定和可靠。

4、电路简洁，电源和灯珠一体化，采用全自动的方式生产，减少加工成本。

5、在同样符合出口安全标准和质量要求的情况下，可以大幅降低电源成本。

6、高压线性恒流驱动IC具有智能过温和过压保护功能，更能保障电源和整灯的寿命。

6 与传统开关电源的性价对比

采用高压线性恒流IC驱动方式，在满足同样的出口安全标准和质量要求的情况下，可大幅节省电源的成本。减少灯具的结构设计，也就节省整灯成本。

以符合CE或者UL标准的100W工矿灯电源成本和性能对比如表2。

高导热塑料工矿灯作为一种创新的系统设计新产品，采用高导热塑包铝散热结构，和新一代高压线性恒流驱动芯片，整灯设计简洁，零件很少，进一步降低整灯系统设计成本和生产成本。

高导热散热器可以用注塑机高效而省工、省料的自动化生产，一次成型，多个散热器同时生成，高效、省时、无污染。LED光电引擎可以用SMT设备自动化大批量而快速生产，使其颇具性价比。

基于高导热塑料的优良绝缘特性，配合使用LED光电引擎，在同等性能指标下，电源成本只需传统开关电源的20% 左右，从而大幅降低整灯的成本和零售价格，产品更易于通过UL、CE、TUV、EMC等严格检验标准。