LED光源在矿井工作面照明灯中的应用

　　近年连续几起特大型矿难，使国家和政府对煤矿安全生产工作极为重视，国家对煤矿电气设备加强把关，提倡研究开发本质安全型产品，以提高安全生产条件。本质安全型是指电路、系统及设备在正常状态下和规定的故障状态下产生的任何电火花或任何热效应都不能引起规定的爆炸混合物爆炸的电气设备。这种设备的防爆原理是设法减小电路火花的能量及元件上的温度，使其不能点燃矿井中爆炸性混合物，达到防爆目的。这类设备产生的明火花不会点燃爆炸性混合物，无须隔爆外壳。其体积小，重量轻，便于携带，而且安全程度高。要使电路火花不点燃爆炸性混合物，这种电路就只能是弱电系统。LED灯属节能、隔爆兼本质安全型，本文对LED灯隔爆兼本安驱动电路作了设计并对小功率LED灯进行了合理排列，指出LED照明灯在采煤工作面可应用并具备广泛发展前景。

　　1 LED技术及在矿井应用中的优势

　　煤矿用灯具目前多为隔爆型或增安型灯具，因白炽灯、荧光灯、高压钠灯等光源均为热光源高压灯具，无法达到隔爆兼本质安全型灯具的要求。本质安全型灯具替代隔爆或增安型灯具设备可提高煤矿安全生产条件。LED为冷光源，具备耗电低、发热少、安全可靠性高、寿命长的特点，可大大降低井下灯具的维护次数，减少因灯具破碎造成的安全隐患、降低维护费用。

　　LED是一种将电能转化为可见光的半导体元件，它改变了白炽灯钨丝发光与节能灯三基色发光的原理，采用pn结载流子复合发光，是一种冷光源，无频闪且色温接近日光，能有效保护井下作业人员的视力，避免因普通照明灯引起的瓦斯爆炸事故。LED采用低压直流电源供电，工作电压在6～24V，为本质安全型，比使用高压电源更为安全、经济，其功耗仅为传统白炽灯的30%，能有效地节约能源。

　　2 散热的必要性

　　有关资料显示，当温度超过一定值，器件的失效率将呈指数规律攀升，元件温度每上升2℃，可靠性下降10%。为了保证器件的寿命，一般要求pn结温在110℃以下。随着pn结的温升，白光LED器件的发光波长将发生红移。在100℃下。波长可以红移4～9 nm，从而导致荧光粉吸收率下降，总的发光强度会减少，白光色度变差。在室温附近，温度每升l℃，LED的发光强度会相应地减少l%左右。当多个LED密度排列组成白光照明系统时，热量的耗散问题更严重，因此解决散热问题已成为功率型LED应用的先决条件。如果不能将电流产生的热量及时散出，保持pn结的结温在允许范围内，将无法获得稳定的光输出和维持正常的灯串寿命。

　　LED的封装要求：针对高功率LED的封装散热难题，国内外器件的设计者和制造者分别在结构和材料等方面对器件的热系统进行了优化设计。