工業(yè)用LED防爆燈開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的難度

導(dǎo)讀：通過(guò)對(duì)固態(tài)LED冷光源防爆燈散熱、水氣和紫外線考驗(yàn)的探討，結(jié)合測(cè)試案例中的發(fā)現(xiàn)，提醒LED防爆燈生產(chǎn)廠家必須投入更多關(guān)注在這些安全挑戰(zhàn)，才有機(jī)會(huì)取得競(jìng)爭(zhēng)地位。

　　發(fā)光二極管（LED）穩(wěn)坐次世代光源主流寶座已無(wú)庸置疑，LED在照明除能取代原有照明光源，更有機(jī)會(huì)發(fā)展廣泛多元的創(chuàng)新應(yīng)用，但亦同時(shí)伴隨在模組、電源設(shè)計(jì)、安裝場(chǎng)所與散熱、壽命等必須克服的新挑戰(zhàn)。面對(duì)LED在工業(yè)防爆照明領(lǐng)域應(yīng)用的無(wú)限曙光，本文將分享在眾多測(cè)試案例中的發(fā)現(xiàn)，提醒業(yè)者必須投入更多的關(guān)注在這些安全挑戰(zhàn)，才有機(jī)會(huì)取得競(jìng)爭(zhēng)地位。

　　一、高功率LED防爆燈具散熱挑戰(zhàn)重重

　　隨著固態(tài)LED封裝技術(shù)改進(jìn)，LED業(yè)者亟欲突破亮度障礙，取代高亮度的高強(qiáng)度放電燈源（HID）或白熾燈。

　　LED防爆燈雖然具有冷光與相對(duì)高效率的優(yōu)勢(shì)，但與一般傳統(tǒng)光源的光熱傳導(dǎo)途徑比較之下，白熾燈的熱產(chǎn)生在光傳遞路徑上；防爆燈LED光源的熱則集中在于光傳遞路徑的反側(cè)，在能量守恒定律下，LED的散熱設(shè)計(jì)逐漸變?yōu)椴豢珊鲆暤膯?wèn)題。

　　舉例來(lái)說(shuō)，LED防爆燈雖然僅須約60%的耗電量就能夠得到與傳統(tǒng)光源防爆燈相同的亮度，但在使用過(guò)程中，LED防爆燈80%的能量卻是轉(zhuǎn)換為燈具內(nèi)部的熱源，長(zhǎng)久積聚不散的熱，將會(huì)造成以下幾點(diǎn)重要問(wèn)題：

　　1、LED光效率降低

　　LED的光來(lái)自于半導(dǎo)體中，電子電洞結(jié)合過(guò)程所產(chǎn)生的光能，因此當(dāng)周圍環(huán)境溫度升高時(shí)，電子與電洞的結(jié)構(gòu)容易因?yàn)樵颖旧淼恼饎?dòng)增加，而受到阻礙或是破壞，因此會(huì)造成防爆燈LED光強(qiáng)度的降低。

　　2、絕緣的破壞

　　當(dāng)LED防爆燈具因散熱設(shè)計(jì)不佳而造成環(huán)境溫度上升時(shí)，作為安全最后一道防線的絕緣聚合物材料，亦受到熱劣化的挑戰(zhàn)。

　　一般具有熱塑性的聚合物材料，并非處于完全聚合的情況，高溫與濕氣的環(huán)境會(huì)促進(jìn)聚合反應(yīng)產(chǎn)生逆向反應(yīng)（也就是裂解）的進(jìn)行，除會(huì)產(chǎn)生變形外，也會(huì)產(chǎn)生特性的變化，甚至?xí)a(chǎn)生氧化的問(wèn)題，絕緣特性也因此受到破壞。

　　以上例來(lái)說(shuō)，在無(wú)散熱的情況下，100瓦的熱積聚，在一小時(shí)內(nèi)就能夠?qū)⒁还乃訜嶂两?00度，因此高功率LED防爆燈具的挑戰(zhàn)，不僅在于將熱由LED光源移出，也必須要從防爆燈移出，否則長(zhǎng)期使用后，不僅是照明效率會(huì)下降，燈具本身也是安全堪慮。

　　二、室外工業(yè)用LED防爆燈具的水氣與紫外線考驗(yàn)加劇

      安裝在室外的LED防爆照明燈具，相對(duì)于室內(nèi)用防爆燈具，散熱環(huán)境雖然相對(duì)較好，但是水氣與紫外線的影響卻是額外的考驗(yàn)。

　　1、水氣造成的LED防爆燈功能危害

　　水氣的積聚，對(duì)電子產(chǎn)品功能最大的問(wèn)題就是造成電路短路與產(chǎn)品生銹。雖然純水導(dǎo)電度低，但只要加上電解質(zhì)，導(dǎo)電度就會(huì)上升，容易造成短路現(xiàn)象。剛開(kāi)始短路現(xiàn)象會(huì)隨水受熱蒸發(fā)而停止，長(zhǎng)久下來(lái)，累積在導(dǎo)體上的電解質(zhì)加上通電時(shí)的熱作用，就可能破壞絕緣材料，導(dǎo)致永久的短路現(xiàn)象或是回路的銹蝕。

　　裸露的金屬材料如焊點(diǎn)或螺絲、端子也會(huì)受到水氣的影響產(chǎn)生生銹的情況。一旦發(fā)生銹蝕，電阻會(huì)提高，或者膨脹的導(dǎo)體也可能彼此連接產(chǎn)生短路，造成安全的危險(xiǎn)；另外有些聚合物材料是透過(guò)脫水聚合而成，水氣的存在會(huì)促使聚合物分解反應(yīng)的進(jìn)行，造成聚合物材料的破壞。

　　2、紫外線對(duì)防爆燈外殼材料的破壞

　　陽(yáng)光含有高能量的紫外光，除會(huì)曬傷皮膚外，也足夠裂解大多數(shù)的聚合物材料，UL研究發(fā)現(xiàn)，只要將近1000小時(shí)的連續(xù)高強(qiáng)度曝曬，就可能導(dǎo)致材料的機(jī)械強(qiáng)度產(chǎn)生足夠危險(xiǎn)的衰煺，以及劣化材料的耐燃性。

　　大多數(shù)LED防爆燈設(shè)計(jì)都是希望通過(guò)密封而達(dá)到防水的目的，然而，除一體成型的密封外，大多數(shù)組裝式的密封都會(huì)因?yàn)槌掷m(xù)的熱漲冷縮，導(dǎo)致水氣因而藉由毛細(xì)現(xiàn)象能夠滲入到防爆燈殼體內(nèi)部，逐漸累積，因此若能采用耐水性的電路材質(zhì)，加上排水、通風(fēng)與干燥的設(shè)計(jì)，才可防止因?yàn)樗畾饫鄯e所造成的問(wèn)題。

擴(kuò)展閱讀：

1、至于長(zhǎng)久浸泡于水中的燈具，因受到環(huán)境溫度變化較小，加上水壓的幫助，同時(shí)可減少紫外線的吸收，密封較易達(dá)成，只要采用對(duì)水氣不敏感的聚合物材料與金屬材質(zhì)，反而相對(duì)比較容易維持低水氣的狀態(tài)。

2、采用LED為光源的固態(tài)強(qiáng)光防爆頭燈和多功能巡檢防爆手電筒均需考慮散熱和防水等問(wèn)題。