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LED照明全方位渗透

LED照明全方位渗透

以一款典型的100 W白炽灯为例,其中约有95 W的电能转化为热量,剩余的仅5W电能转化为光。因此,世界上许多国家都开始逐步淘汰一般的白炽灯,鼓励使用节能灯。与白炽灯相比,紧凑型荧光灯(CFL)和线性荧光灯(LFL)等节能灯的能耗大幅下降(仅相当于白炽灯的约1/5),但这些传统节能灯中包含剧毒化学物质汞,对环境有不良影响。另一方面,高亮度发光二极管(
HB-LED)近年来在光输出、能效(efficacy)及成本等方面全面改善,同时结合小巧、低压工作及环保等众多优势,正在照明领域掀起革命。

 

LED照明进侵各领域,应用将更普及

 

如今,在屏幕尺寸小于4英寸的手机、相机闪光等移动设备应用中,及路边及体育场中大型显示屏应用中,LED照明,或称固态照明(SSL),几乎占据了100%的份额。除此之外,LED照明也向其它领域迈进。如在汽车应用中,LED照明占据约15%的份额。而在较大液晶显示屏(LCD)背光应用中,虽然冷阴极荧光灯(CCFL)如今仍然占据主导地位,但LED照明的总渗透率也达到约20%,参见图1。特别是在备受瞩目的大尺寸液晶电视背光应用中,据LaurentJenck指出,预计LED背光的液晶电视在未来3到4年间,将占据至50%的份额。

 

 

图1:LED照明在各种应用的渗透比例。
图1:LED照明在各种应用的渗透比例。

 

 

相比较而言,LED照明在灯泡、嵌灯、街道及区域照明、任务灯、景观照明、商业建筑物照明及广告牌文字电路照明等通用照明领域的渗透比例还偏低,目前小于2%,远低于其它照明类型。但LED照明具有高能效等优势,让其在通用照明市场也极具应用潜力。例如,对从零售商店购得的一款卤素台灯(采用35W灯泡)进行重新设计,原卤素灯中无电子组件,仅含1个较重的60 Hz变压器。这卤素灯在120 Vac条件下的输入功率为41.7W,在0.5米距离处测得的光亮度为744流明。重新设计的台灯采用LED模块,灯底部采用安森美半导体NCP1014自供电单片式开关稳压器,在120Vac条件下输入功率为10.9W,即能耗仅相当于卤素灯的1/4;同时,这LED台灯在同等距离条件下测得的光亮度为795流明,更优于卤素灯,其72.9流明/瓦(lm/W)的能效(efficacy)更是数倍于卤素灯(17.8lm/W)。

 

当然,价格是LED照明在通用照明领域快速普及的一项制约因素。不过,援引半导体的发展历史指出,当半导体技术刚刚问世,其成本非常高昂以至于应用局限在美国军方的对成本不敏感的应用中,如军事卫星;但随着应用范围的拓广及应用的增多,半导体产品蕞后进入消费市场,广泛应用于我们日常工作生活的各个角落。因此,随着应用的增多,LED照明的价格/成本将可逐步趋向消费应用。LaurentJenck预计,LED通用照明可望在5年内开始进入主流家庭应用。

 

世界各地的规范机构也在积极制定和发布相关的LED照明能效规范。如美国“能源之星”的1.1版固态照明规范于2009年2月开始生效。这规范对聚光灯或户外灯等不同产品的应用能效要求各不相同,并且包含功率因数要求。就中国而言,负责能效标准设定的中国标准化研究院正牵头准备在来年研究中国的LED照明能效标准。 

 

由于LED照明应用前景广阔,要促进它的不断发展,必须针对不同的LED照明应用选择适合的驱动方案。

 

如在电池供电的移动设备背光应用中,可以采用不同的LED驱动技术,如线性电流驱动器、电感升压型开关稳压器、电荷泵型驱动器等。这几种驱动技术各有其特点及要求,所以能配合客户的需要为他们提供蕞适合其产品应用的LED驱动技术。如线性电流驱动器简单易用,无开关噪声,而且外部元件数量极少,但这种驱动器的正向电压必须低于电池电压,且能效与输入电压及LED正向电压有关。电感升压型开关稳压器的LED串电流匹配度优良,且在电池线路电压范围内具有极高能效,支持长串LED大功率/高压工作。电荷泵型驱动器典型产品采用基于电容的开关拓扑结构,并集成线性驱动器用于紧密电流匹配,具有高开关频率,外部元件数量极少。

 

而在汽车应用中,根据电流大小的不同,同样需要采用不同的LED驱动器。例如,汽车中一个新的趋势,是在电流常常仅数十毫安(mA)的组合尾灯应用中以线性恒流稳压器来替代目前常用的是电阻型驱动器。电阻型驱动方案简单且成本低,但能效极低,还面临高压时大电流应力、LED编码及热失控等问题或挑战。

随着LED在光亮度、能效及成本方面的全面改善,LED照明正从小尺寸移动设备背光、相机闪光、大型显示屏等专业细分应用进一步扩展开来,迈进汽车照明、较大LCD背光甚至通用照明市场,前景备受看好。瞄准这些应用的设计人员需要选择高性能、高能效的LED照明驱动方案。