LED技術的快速發展，光效的不斷提升，LED射燈技術也在快速發展。目前的LED射燈幾乎是以替代傳統鹵鎢燈為主。相比傳統燈具，LED射燈在節能及長壽命方面具有顯著優勢。隨著LED射燈成本的降低，LED射燈的應用也逐步開始普及。本文將從LED射燈的技術要求，常見LED射燈的規格及類型， LED射燈結構，LED射燈選購常識，以及LED射燈發展方向這幾個方面做簡單介紹和思考。

一、LED射燈技術要求

現階段的LED射燈，主要以替代傳統鹵鎢燈為主，相關的安全要求大多參考傳統照明要求，並根據LED燈的特點，形成了一套安全認證標準。目前，在LED射燈的認證方面，國際上主要以歐洲CE和北美UL認證為主，在中國可進行自願性認證（CQC）。

在CE認證裡包含LVD和EMC兩個方面，其中LVD是按照EN60968標準執行（將升級 IEC 62560）；EMC按照EN55015、EN61547、EN61000-3-2和EN61000-3-3標準執行。此外，LED燈通常還需要額外參照IEC 62471，進行光生物安全方面測試。在北美，通常需要進行UL安全和FCC電磁相容認證。UL執行標準為UL1993、UL8750和UL1310；FCC執行標準為FCC PART15 Subpart B。在中國，對於LED射燈是採用自願性認證（CQC），執行標準為GB24906-2010（安全）和GB 17743-2007（電磁相容）。

另外，在LED射燈的性能方面，也有諸多標準規定。美國有能源之星(ENERGY STAR)有相關要求；中國有節能認證要求，執行標準為CQC 3129-2010。這些要求中，均對LED射燈的色溫、顯色指數、初始光通量、光效、光通維持率、壽命、中心光強、標稱功率、功率因數、產品標識等進行了規定。

許多電子產品的壽命是以壞掉來評判，但LED是一種壽命很長的光源，可使用很久都不會壞。但光通量的輸出卻會隨著時間而衰減，因此行業內通常用光衰至70%所需的時間來定義LED光源的壽命，即L70。隨著技術的進步，LED的光衰越來越緩慢，要完整測試其光衰至70%的時間也難以做到。由於電子產品的壽命呈指數規律，因此LED通常做較短時間的老化，通過採樣光衰資料，然後以指數函數來推算其光衰至70%的時間，推算公式如下：

 
通常對LED老化6000小時測試光通維持率LM（Lumen Maintains），按照指數規律，若6000小時後LM >91.8%，便可宣稱25,000小時的壽命，若LM>94.1%可宣稱35,000小時的壽命，但壽命推算的時間不超過測試時間的6倍。

圖1.光衰指數曲線

LED射燈的角度，一般以50%峰值光強的光束角來定義。如圖2是一個LED射燈的極座標光強分佈曲線，可以看出，50%光強對應的角度分別為±20°左右，因此這個射燈的角度為40°。

 
圖2.LED射燈極座標光強分佈曲線

二、常見LED射燈的規格及類型

現階段的LED射燈主要以替代傳統鹵鎢燈為主，因此外形尺寸是參照IEC 60630標準，燈頭參照IEC 60061-1標準。根據傳統射燈情況，目前的LED射燈主要有MR16、PAR16、PAR20、PAR30、PAR38這幾種。其中MR16通常採用GU5.3燈頭；PAR16主要採用GU10、E26（美洲）/E27（歐洲及中國）、E14燈頭；PAR20/PA30/PAR38主要採用E26、E27燈頭。

  
圖3. 各種燈頭（從左至右依次為E14、E17、E26、E27、GU10、GU5.3）

三、常見LED射燈的結構簡析

目前的LED射燈均為自鎮流式，即LED驅動電源全部內置在燈體內部，直接接電即可使用。

圖4.LED射燈（PAR16-GU10）拆解圖

如上圖的射燈拆解圖可以看到，目前的LED射燈主要光學器件（透鏡、反光杯）、LED光源、散熱器、驅動電源、燈頭這幾部分組成。但各廠家的LED射燈，由於採用的材料、工藝、LED封裝方式不同，使得射燈在設計和加工上會有一些差別。

1.LED光源及光學器件

目前的LED射燈主要採用多顆大功率LED及集成封裝LED製作，如圖5和圖6所示。

      
圖5.多顆大功率LED                        圖6.集成封裝LED射燈

採用多顆大功率LED的方式，通常需要一個電路板將LED做電氣連接。該電路板大多使用鋁基板製作（MCPCB）；對於一些設計也有採用玻纖板（FR-4）製作，但需要專門設計散熱焊盤。然後用螺絲或膠粘的方式固定在燈殼散熱器上。多顆大功率LED製作的射燈，透鏡通常是採用對每顆LED進行獨立配光的，再組合成一個光斑透鏡。

採用集成封裝LED製作的射燈，不需要電路板，可以直接將驅動電源輸出線連接到LED燈上。同樣是採用螺絲或膠粘的方式固定在燈殼散熱器上。該種射燈的二次光學，通常採用一個透鏡或反光杯的方式進行配光，透鏡和反光杯的高度都較高，小角度的配光有難度。
 
此外，對於大出光面得射燈，大多採用多個光學器件組合的方式完成整個燈具的二次配光設計，如圖7所示。

 
圖7.多個光學器件組合的射燈

2.LED驅動電源

目前的LED射燈大多為內置電源的自鎮流式射燈。內置LED驅動主要採用開關電源實現，分隔離式和非隔離式。隔離電源的初級和次級形成了電氣隔離，在射燈設計時，只需要將電源初級與外殼或其它人體可接觸部分做好充分的防觸電即可，而次級通常為安全電壓，可做簡單防護即可。這類電源相對安全可靠，但要求放置空間大，其轉換效率也較低。非隔離電源由於初次級之間未做電氣隔離，需在結構上做更嚴格的防護隔離，但該類電源效率高，體積小。除開關電源外，還有多種其它LED驅動方式，但其安全性和可靠性都較低，需要在結構設計上多做努力，以滿足相關安全要求。此外，由於電源內置，通常元器件溫度都很高，將直接影響到LED射燈的使用壽命和穩定性。因此很多廠家都採用灌膠的方式，改善電源的散熱能力，並提高電源與散熱外殼的絕緣性，如果8所示。

圖8.電源灌膠射燈

由於LED的可控制性，因此各廠家都有開發可調光的的LED射燈。現有的主要調光方式有可控矽調光、PWM調光、0-10V調光、DALI調光、DMX51調光、電力載波調光等，都是通過控制LED的驅動電流或電壓的方式，改變LED的亮度。

3.燈殼散熱器

燈殼散熱器是考量各廠商設計能力的主要地方。大多數廠家的散熱器都是採用鋁材質，加工工藝有機加工及模具成型等方式。在結構設計上，各廠家為了加大射燈的散熱能力，通常採用翅片的方式，如圖9所示。

            
圖9.帶翅片的LED射燈散熱器   

圖10.鑲件注塑散熱器

另外，燈殼部分也有用導熱塑膠或陶瓷材料製作的，均採用模具成型的方式。這兩種材料具有良好的絕緣性能，可使產品具有高的電氣安全性能，便於內部LED驅動的安全隔離。但這兩種材料的導熱係數較低，不利於熱傳導，對於對熱傳導要求不高的室內產品可以使用。此外塑膠材料還有重量輕的特點，可以使LED射燈的重量得到大幅度的減輕。

四、LED射燈的選購常識

射燈根據出光面大小可分為PAR16、PAR20、PAR30、PAR38這幾種，常用燈頭有GU10、E27、E14等，這類射燈都是採用市電85~265VAC供電。此外還有一種MR16射燈，燈頭為GU5.3，是採用12VAC供電，其前端還有一個電子變壓器或工頻變壓器將市電22OVAC轉換為12VAC。

射燈的角度一般在65°以下，主要用於局部照明、重點照明等場合。各廠家的角度大多集中在12°、24°、36°這幾種範圍。

根據《GB 50034-2004 建築照明設計標準》，室內照明光源相關色溫可分為三組，小於3300K為暖色，適用於客房、臥室、病房、酒吧、餐廳；3300K～5300K為中間色，適用於辦公室、教室、閱覽室、診室、檢驗室、機加工車間、儀錶裝配；大於5300K為冷色，適用於熱加工車間、高照度場所[1]。目前國際國內相關標準基本是引用《ANSI C78.377》，將色溫分為2700K、3000K、3500K、4000K、4500K、5000K、5700K、6500K這幾個檔次，各色溫允許的色容差範圍如表一。

表一.LED色溫色容差範圍

因此LED射燈通常也按此進行色溫分類。但LED射燈主要應用於室內照明，色溫主要集中在2700K、3000K、4000K和5700K這幾個檔次。

在《GB 50034-2004 建築照明設計標準》中規定，長期工作或停留的房間或場所，照明光源的顯色指數(Ra)不宜小於80。在燈具安裝高度大於6m的工業建築場所，Ra可低於80，但必須能夠辨別安全色[1]。

在LED射燈選購時，需詳細閱讀廠家提供的說明書或包裝說明，確定產品的供電電壓以及產品相關參數，包括光通量、色溫、功率、顯色指數、角度等。在室內照明中，進行 LED射燈選購時，首先要確定是採用市電直接供電，還是採用變壓器轉換後供電，以此來選擇是購買MR16還是其它射燈；其次要確定射燈的燈頭和出光尺寸；然後還需確認你所需射燈的角度範圍；最後可根據上述《GB 50034-2004 建築照明設計標準》要求，根據使用場合確認色溫、顯色指數以便達到想要的照明效果。如果對燈具參數不是很懂的情況下，可以查看包裝上的等效標示，看等效於多少功率的傳統燈具，從而進行選擇。

由於現有各廠家的LED射燈良莠不齊，很多廠家為瞭解決散熱和電源放置空間的問題，不是完全參照IEC 60630設計射燈外形，而射燈在有些時候是作為一些燈具的光源使用，因此需要明確該LED射燈是否可以裝入該燈具內。如果不能裝入，還需要再購買與之相匹配的燈具外殼，進行整體式替換。對於MR16射燈，由於其前端有一個電子變壓器或工頻變壓器，購買MR16時還需要確認是否可以與該變壓器相容。如果不相容就會出現燈閃或不亮的情況。對於可控矽調光的射燈，還需要考慮燈具與調光器的相容性問題，否則會出現調光時燈閃爍或不能調光的現象。

五、LED射燈發展方向及其規格介面標準化思考

目前的LED射燈都是以替代傳統鹵鎢燈射燈為主，受其外形、燈頭和安裝要求的限制，使得LED射燈的設計面臨許多的困難。在現有射燈標准的尺寸範圍內，很難將一個LED射燈做到高功率和高光通量，同時配光、散熱、電氣安全等方面也面臨諸多困難，不能體現LED的長壽命、高光效等特點，不利於LED照明的健康發展。

LED本是一種新型光源，LED射燈是最早能體現LED特點的應用產品之一。應根據LED特點，制定一套新型的LED射燈規格介面標準。對LED射燈的外形尺寸、模組分塊、參數分檔、標準介面等進行規定，實現LED的模組化和互換性，從而推進LED照明的健康發展。

目前，國際上的ZHAGA聯盟，其吸引了來自美國、亞洲和歐洲數百家燈具、光源、LED模組等製造商及行業相關企業，已經在開展LED燈具的規格介面標準制定。其致力於加強LED模組及其控制項在機械、測試、參數等方面的相容性。相關技術規範已經有出版，部分已修訂多次。在中國，由國家半導體照明工程研發及產業聯盟牽頭組織了九洲光電等多家企業，也在積極開展相關工作。

六、小結

隨著LED技術的不斷成熟、成本的不斷降低，LED射燈已初步獲得普及，將大量應用到各種場合，但LED射燈的發展和普及還面臨著許多的問題。如何開發高性價比的LED射燈；如何解決高功率、高光通量LED射燈的散熱問題；如何實現LED射燈的模組化和互換性；如何充分體現LED的長壽命、高光效、可控性特點，讓老百姓可以享受到豐富多彩的照明下，獲得更實惠、更安全可靠的LED產品，還需要各廠家及業界人士共同努力。

供稿：鐘雄 徐廷軍 朱慶山  黃瑞彬  四川九洲光電科技股份有限公司