LED光源在矿用防爆灯具中的应用

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照明己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支架灯等己经得到了普及。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。

1.LED防爆灯耗电量少，节能：LED小电流驱动，低电压工作。在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。

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100000hLED灯具设计合理的话其使用寿命可达51年，极大地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。

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，本安电路设计简单灵活。）体积和功率均小，灯具设计灵活多样：采用不同种类的LED光源可以设计成各种工况下使用的防爆灯具。

大功率LED在矿用灯具设计的技术问题由于LED照明是新兴产业，煤矿用户和大多数生产厂家对LED应用技术缺乏足够的认识，目前LED防爆灯具也是良莠不齐，有些灯具只是将LED光源以简单拼凑的方式安装到防爆壳体上，没有从LED光源的流明维持率上考虑更多，从而导致灯具的真正寿命远没有光源所承诺的时间那么久，有的使用不到1年光衰就低于50%甚至死灯。从目前已经应用的诸多LED防爆灯具的使用测试和分析，大功率LED防爆灯具除了解决好防爆性能外，要想真正做到灯具的长寿命，就必须在灯具设计时，解决好散热和电源驱动这2个主要技术难点。这也是灯具制造企业和煤矿用户共同关心的关键问题。

LED防爆灯具要有较好的散热结构由于LED的发光效率随着LED温度的升高而下降，所以散热是LED防爆灯具能否长寿的关键因素之一。LED防爆灯具光效高、发热量大，要在密闭的防爆腔中工作，并且井下的使用环境本身比较苛刻，如果散热不良会直接导致LED快速老化，稳定性降低，所以LED灯具要具有好的散热结构，一般zui可行的方法是将防爆灯具的壳体作为散热的重要渠道。通常采用铝合金外壳外面加散热片，利用空气的自然对流散热。在设计时要求灯具必须有足够的散热表面积。

也有些的灯具采用热管散热技术，效果很好但成本过高，不适宜批量使用。由于井下煤灰粉尘的长期堆积，如果散热片设计过长或者过于密集，将会导致散热效果降低一半以上，所以在设计灯具的外壳时应将灯具的散热片设计成流线型且竖直方向排列，这样尽可能地避免煤尘的堆积。

2.2LED防爆灯具要有合理的驱动电源LED光源要持续可靠地工作，必须采用恒流驱动；电路电流的不稳定是导致LED光衰和灯具温升的直接原因。目前LED恒流驱动设计方案zui基本的是利用线性或开关型DC/DC稳压器结合反馈电路来恒流驱动LED.根据DC/DC稳压器外围电路设计的差异，一般有电感型LED驱动和开关电容型LED驱动两种。电感型升压驱动方案其优点是驱动电流较高，LED的端电压较低、功耗较低、效率保持不变，特别适用于驱动多只LED.在大功率IED灯具设计中，主要采用开关电容型IED驱动方案，其优点是IED两端的电压较高、流过的电流较大，从而可以获得较高的功效及光学效率，因而在大功率LED驱动中得到了广泛应用。目前比较理想的驱动方案有的FWM控制驱动，可以对灯具的亮度进行调节，将使得节能效果更加突出，更适合井下不同场合的实际需要。

对于大功率LED防爆灯具虽然大多数厂家都能做到恒流驱动，但往往考虑成本因素而简化电路，电路设计时容易造成冷态上电瞬间过高的起始峰值电压，很有可能将LED击穿或断开；虽然也是恒流，但电路故障率较高，目前发现的有瞬间击穿现象，单颗短路击穿以及单颗开路击穿，甚至会造成整串灯死灯现象。所以面临复杂的工况，LED防爆灯具在驱动电路设计时必须考虑解决好以下几个问题。）电源必须具有高可靠性、率驱动，具有高功率因数：LED防爆灯具在井下长期使用，维修很困难，可靠性必须得以保证。高的电源效率，耗损功率自然就小，也就降低了灯具的温升，对延缓LED的光衰能提供同步的辅助作用。

宽范围输入电压，电路要有浪涌保护：由于井下电压波动较大，灯具要能满足在85255V范围内正常工作；LED抗浪涌的能力是比较差的，特别是抗反向电压能力。这方面的保护在电路设计时也很重要。由于电 负载的频繁启甩和雷击的感应，从电 系统会侵入各种浪涌，有些浪涌会导致LED的损坏。因此LED驱动电源有抑制浪涌的侵入，保护LED不被损坏的能力。电源除了常规的保护功能外，在恒流输出中增加LED温度负反馈，防止LED温度过高。

电源要具备其他电气性能；井下环境恶劣，灯具要防水、防潮；驱动电源的设计使用寿命要与LED的寿命相适配；要符合煤矿安规要求。

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