我從5年前接觸到LED照明產品,就感覺到LED會是將來照明光源的主流,於是開始研究相關的驅動技術及如何將LED光源搭載在一般的燈具上。

經過了這幾年來的研究和試做,累積了不少經驗和心得,也嘗試著找一些燈具廠推銷我的設計理念,但因為我的設計理念不同於現在一般的設計方式,被視為非主流,所以不被接受,實在有點鬱悶,唯一的成果就是把我家的所有燈具都改成了LED光源,所以只能自嘲為LED燈具改裝達人(阿達的人),在部落格上分享一下我的心得。

剛開始接觸LED照明時,用在照明用途的小功率燈珠只有20mA的草帽燈珠,一個燈珠耗電0.06瓦,可發光5流明,換算光效為83流明/瓦。

當時中國大陸已開始在嘗試推行LED路燈,我的直覺是太好高騖遠了,我還是先從燈的應用開始比較務實,於是開始試著改裝燈:

LED燈具

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燈原搭配17瓦的U型螢光燈管,驅動電路在底座上,我將驅動電路不用,拆掉燈管及燈座,將LED燈珠及驅動電路焊在萬用電路板上,利用原固定燈座的地方來固定燈板,接上電源,即變裝為LED燈。

此燈一共用了84顆草帽燈珠,分成2串,每串42顆燈珠串聯,每串單獨用一路20mA的恒電流電路驅動,整燈的燈珠總耗電為5瓦,整燈的亮度約420流明,色溫為3700的暖白光。

燈已使用了4年多,由於小功率燈珠發熱不大,且驅動電流保持恒定,所以到現在並沒什麼光衰。

我的設計理念不同於一般的設計方式就是:

一般小功率的LED驅動電路皆用恒電壓5V或12V的方式來驅動,其驅動電流很容易受到電壓變動及燈珠溫度變動的影響,而且由於燈珠需串並聯,很難保證每個燈珠皆流過相等的電流。

而我的設計是用高壓恒電流的方式來驅動,燈珠只串聯不並聯,所以可保證每個燈珠皆流過相等的電流,且驅動電路不會受到市電電壓變動及燈珠溫度變動的影響。

也因為此設計理念的不同於一般,所以我成了非主流。

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隨著LED晶片的進步,草帽燈珠已可做到40mA/11流明,被大量應用在許多200流明的小台燈,另外貼片的3014燈珠30mA/8流明,此時也被大量應用在LED日光燈管。

此時還有一個主流燈珠,1瓦及3瓦的貼片燈珠,被大量應用在PAR燈、崁燈、球燈泡,尤其是8到10瓦的ED球燈泡,如雨後春筍般充滿了各大賣場,此類產品比較大的問題就是散熱,因為燈珠發熱很大,假如散熱不良,對產品品質是很大的致命傷。

此時我仍然堅持我的理念,把研究的重點放在應用小功率燈珠搭配一般傳統燈具的領域。

此階段我用40mA草帽燈珠試做了燈、吸頂燈及PAR燈。

電腦桌燈:

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書桌燈:

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此兩款臺燈原搭配17瓦的U型螢光燈管,我都將他改裝LED燈板。

抽油煙機燈:

油烟机5

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此抽油煙機原配一個40瓦的鎢絲燈泡,老婆嫌不夠亮,只好也將他改成LED燈板。

以上三款燈板,都是用42顆草帽燈珠串聯,用38mA恒電流驅動,整燈的燈珠總耗電為5瓦,整燈的亮度約450流明,色溫為3700的暖白光,換算光效為90流明/瓦。

比起上一階段的20mA燈珠的台燈,燈珠數減少一半,光效也增加了一點,但燈珠的單價卻不變,此階段距上一階段的時間大約是1年半。

玄關燈:

玄关6

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此燈原搭配40瓦的環型日光燈管,我將安定器、啟輝器及燈管拆掉,設計一圓形燈板含驅動電路,用類似電腦主機板的固定方式,固定在燈盤上,接上電源,即變裝為LED燈。

此燈板一共用了84顆草帽燈珠,分成2串,每串42顆燈珠串聯,每串單獨用一路38mA的恒電流電路驅動,整燈的燈珠總耗電為10瓦,整燈的亮度約900流明,色溫為3700的暖白光。

陽台燈:

阳台1

阳台4

阳台5

阳台3

此燈原搭配2個E27螺旋燈頭,圓形吸頂燈搭載燈泡我一直不大苟同,讓燈具的外觀看起來2坨亮點,而不像用環形燈管的圓滿圓形亮點。

將燈頭拆掉,配上和玄關燈一樣的圓形燈板,固定在燈盤上,接上電源,即變裝為LED燈,而且光源圓滿。

房間燈1:

房间10

房间18  

房间13

房间15  

此燈原搭配2個E27螺旋燈頭,將燈頭拆掉,同樣設計一圓形燈板含驅動電路,固定在燈盤上,接上電源,即變裝為LED燈。

此燈板一共用了126顆草帽燈珠,分成3串,每串42顆燈珠串聯,每串單獨用一路38mA的恒電流電路驅動,整燈的燈珠總耗電為15瓦,整燈的亮度約1350流明,色溫為3700的暖白光。

房間燈2:

房间37

房间36

房间34

房间32

房间35

此燈原搭配3個E27螺旋燈頭,燈頭拆掉,設計一圓形燈板含驅動電路,共用中間固定玻璃燈罩的牙管來固定燈板,接上電源,即變裝為LED燈。

此燈板一共用了168顆草帽燈珠,分成4串,每串42顆燈珠串聯,每串單獨用一路38mA的恒電流電路驅動,整燈的燈珠總耗電為20瓦,整燈的亮度約1800流明,色溫為3700的暖白光。

點亮後,色溫3700的暖白光照亮金黃色的燈框,比原搭配3個27瓦螺旋省電燈泡時亮麗很多,而且光源圓滿,可惜我用手機拍照,拍不出實際的效果來。

PAR38射燈:

我也隨潮流設計了一款E27螺旋燈頭的PAR38射燈。

PAR381

PAR383  

此燈一共用了126顆草帽燈珠,分成3串,每串42顆燈珠串聯,每串單獨用一路38mA的恒電流電路驅動,整燈的燈珠總耗電為15瓦,整燈的亮度約1350流明,色溫為3700的暖白光。

由於燈珠的排列較密集,所以外殼有設計一截鋁殼協助散熱,而前面所描述的台燈、吸頂燈,因燈板面積夠大,利用PCB的銅箔面散熱就足夠了。

應用在一個客廳燈:

客厅1

此燈原搭載5個28瓦螺旋省電燈泡,現換上5個15瓦的LED燈,感覺亮很多,當5燈全亮時反而太亮了,只要亮三個燈就足夠了,可見LED燈確實省電,可是目前賣場賣的LED球燈泡一般都達不到預期的亮度效果,在這裡我就忍不住要自我吹噓一下,這就是我的驅動電路設計比一般的設計優秀的證明。

此階段大家都一窩蜂的投入LED燈泡的戰局,因此沒人理會我這種吸頂燈板的應用理念。

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隨著LED晶片及燈珠封裝技術的不斷進步,開始有了60mA/20流明的2835貼片封裝燈珠,及150mA/50流明的5730貼片封裝燈珠,換算裸燈光效為110流明/瓦,比起上一階段的40mA/11流明燈珠,亮度及光效都增加很多,但燈珠的單價依然不變,此階段距上一階段的時間大約是2年。

此時已有許多廠商應用5730燈珠開發出一些吸頂燈,主流的設計是用8到12顆燈珠一串,再用多串並聯的方式來達到所需的功率,用一恒電流電路來驅動,此設計有個缺點是,每串燈珠的電氣特性需一致,否則會有每串電流分配不均的現象,但要在大量生產時要做到使每串燈珠的電氣特性一致不大容易控制,這點通常是造成生產不良率偏高的主因,另一個缺點是,當有一串有死燈開路時,由於恒電流的電路特性,會讓其他串的驅動電流突增,很快就會使整燈都燒毀,而且因為燈具和燈板是一體設計,所以當燈珠不良時,只能將整燈拆下來維修或替換,也是一件麻煩事。

此階段我也用2835燈珠及5730燈珠設計了幾款燈板,來改裝我家的其他燈具:

房間燈3:

房间48

房间46

房间42

房间43

房间44

房间45

此燈原搭配2個E27螺旋燈頭,將燈頭拆掉,設計一個圓形燈板和驅動電源盒,先將電源盒固定在燈盤上,再將燈板固定在電源盒上,接上電源,即變裝為LED燈。

 此燈的設計還是用我堅持的思路,用42顆5730燈珠串聯,用104mA恒電流驅動,此次設計將燈板和驅動電源分開,因為偶爾還是會有死燈的機率,但驅動電源則不容易故障,所以當發生燈珠不良時只要拆下燈板維修即可。

此燈整燈的燈珠總耗電為13.1瓦,整燈的亮度約1450流明,色溫為2700的黃光,換算光效為110流明/瓦

色溫為2700的暖黃光,比色溫為3700的暖白光黃了一點,我個人比較喜歡3700的色溫,覺得2700太黃了一點,可是據說美國人喜歡2700的色溫,所以現在市面上的LED燈標示為黃光的色溫都是2700,標示為白光的色溫則是6500,一般臺灣人及中國人都比較習慣色溫為6500的白光。

 房間燈4:

房间22

房间21

阳台5

房间23

此燈和陽台燈同款式,當時同樣也是改裝成,用84顆草帽燈珠做成的10瓦900流明的LED燈板,但一直覺得用在房間不夠亮,現燈珠進步了,趕快再改一下。

燈板用42顆5730燈珠串聯做成環形燈板,中間正好放置電源盒,用104mA恒電流驅動,整燈的燈珠總耗電為13.1瓦,整燈的亮度約1450流明,色溫為2700的黃光。

此更改比以前的燈珠數少了一半,流明值和光效卻增加了許多,我認為此LED燈的性價比已能讓大部分人接受了。

工作室燈:

餐厅7

餐厅6

餐厅4

餐厅5

此燈原搭配4個E27螺旋燈頭,結構有點複雜,我將燈頭及支架都拆掉,只留中間支架,固定電源盒,再固定燈板,接上電源,套上玻璃燈罩,即變裝為LED燈。

此燈板一共用了88顆5730燈珠,分成2串,每串44顆燈珠串聯,每串單獨用一路104mA的恒電流驅動,整燈的燈珠總耗電為27.5瓦,整燈的亮度約3050流明,色溫為2700的暖黃光。

廚房燈:

厨房1

厨房3

厨房4

此燈原搭配2個E27螺旋燈頭,一樣的將燈頭拆掉,固定上電源盒,再固定燈板,接上電源,卡上玻璃燈罩,即變裝為LED燈。

燈板用42顆5730燈珠串聯做成圓形燈板,用104mA恒電流驅動,整燈的燈珠總耗電為13.1瓦,整燈的亮度約1450流明,色溫為2700的黃光。

走道燈:

走道灯1

走道灯3

走道灯4

此燈原搭配1個E27螺旋燈頭,一樣的將燈頭拆掉,先固定上電源盒,再固定燈板,接上電源,卡上玻璃燈罩,即變裝為LED燈。

燈板用42顆2835燈珠串聯做成圓形燈板,用56.8mA恒電流驅動,整燈的燈珠總耗電為7.2瓦,整燈的亮度約800流明,色溫為2700的黃光。

浴室燈1:

浴室14

浴室16

浴室15

浴室12

浴室13

此燈原搭配1個40瓦鎢絲燈泡,當我將燈具拆下來時才發現,由於燈泡是橫躺著貼著底座,因燈泡的溫度很高,已經將塑膠浪板的天花板燒焦了一個大洞,電線的表皮也已經燒脆化了,很難想像長此以往會發生什麼禍端,還是趕快換成LED燈吧。

 同走道燈的方法,換上用42顆2835燈珠串聯,用56.8mA恒電流驅動,耗電為7.2瓦,亮度約800流明的LED燈板,由於浴室的整體顏色偏冷色系,所以此燈改用了色溫為6500的正白光燈珠

浴室燈2:

浴室22

浴室21

浴室23  

此燈和浴室燈1同款式,只是邊框花樣有點不同而已,所以也用相同的方法改裝成LED燈。

燈板用42顆2835燈珠串聯做成圓形燈板,用56.8mA恒電流驅動,整燈的燈珠總耗電為7.2瓦,整燈的亮度約800流明,色溫為6500的正白光。

水晶燈:

水晶燈很多人喜歡,二十幾年台灣開始流行時,那時台灣經濟很好,所以裝的人很多,但水晶燈有幾個小缺點,因為需搭載多個鎢絲燈泡,較耗電也較發熱,且燈泡壞了比較麻煩更換,所以逐漸裝的人就少了,我認為假如能搭載LED光源,那就理想了,所以我特地從大陸帶一個回來改裝

水晶灯2

水晶灯3

水晶灯4

水晶灯5

水晶灯1

此燈直徑60公分,配置51個水晶球,原搭配9個60瓦鎢絲燈泡,共耗電540瓦,我將燈頭都拆掉,換上4片LED燈板。

中間1片小燈板為:42顆2835燈珠串聯,56.8mA恒電流驅動,耗電為7.2瓦,亮度800流明,色溫2700的圓形燈板。

外圈3片較大燈板為:42顆5730燈珠串聯,104mA恒電流驅動,耗電為13.1瓦,亮度1450流明,色溫2700的圓形燈板。

合計整燈的燈珠總耗電為46.5瓦,整燈的亮度為5150流明,耗電為原設計9%不到,亮度卻不相上下,而且LED的光特性照在水晶球上真的是很匹配,加上金黃色的燈體被照映,用金碧輝煌來形容真的不為過,可惜我用手機拍不出實際的效果來。

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改裝至此,我家已都是LED燈,已看不到任何一個鎢絲燈或省電燈,電費的減少確實很有感,我提議台電應該發給我一張獎狀先進LED家庭",以表揚我對環保節能減炭所做的貢獻。

LED照明技術發展到現在的階段,我認為其性價比已可被一般人接受,應該會開始快速普及才對,希望我的設計理念能找到一個能認同的平台讓我發揮一下,讓LED光源能很容易的搭載在傳統燈具上,如此才能很快的普及到一般家庭及商業照明。

 

 

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