高亮度LED在照明中的应用

2011-02-25 08:59:24来源: 国际电子商情
     自从上世纪六十年代诞生第一个发光二极管以来,在相当长的一段时间内,由于输出流明的局限性,LED只是应用在信号指示用途。至九十年代,蓝光LED由于较经济的实现方法而得以产品化。进入二十一世纪,大功率白光LED被研制成功并且迅速地产业化。此间,由于大型照明光源电气公司的介入,例如PHILIPS和OSRAM,高亮度白光LED的光效取得了突破性的改进,并且迅速地开始进入普通照明的应用领域。目前,高亮度白光LED的光效在良好的散热条件下,已经超越了荧光灯的光效。随着更多的技术与资本投入,高亮度LED的光效在不断的提高,而其成本则开始快速的下降,最终其性能价格比必将为普通消费者所接受。

传统照明光源种类包括:白炽灯、卤钨灯、荧光灯和高强度气体放电灯。与此相比,采用高亮度LED的固态照明光源具有诸多的优点:低功耗,高光效,长寿命,响应快,易数字控制,环境友好。

LED与传统光源的光效对比
LED与传统光源的光效对比

据美国能源部(DOE)表示,美国22%的电能用于照明。DOE声称在今后20年中,LED照明将在美国得到快速普及,可以减少62%的照明电能需求。另外,它能消除2.58亿吨的二氧化硅排放量,少建133座新的电厂。采用LED照明能使财政节减1150多亿美元。

在中国,国家半导体照明工程研发及产业联盟已经成立。联盟制定的技术规范,将通过研讨、培训等方式在联盟内部推广使用,并向政府采购部门和标准管理部门推荐,纳入到国家和行业标准工作体系中,引导和推动国家和行业标准的制定与实施。联盟在适当的时机将成立“联盟标准化技术委员会”,邀请政府领导、行业专家、标准化专家、质检机构、检测设备专家等共同参与 。国家已经出台高效照明产品推广财政补贴资金管理暂行办法,这是我国政府加大力度推广高效照明产品,促进实现节能减排目标的又一重要举措,确保实现“十一五”期间通过财政补贴方式推广高效照明产品1.5亿只,可节电290亿千瓦时,减少二氧化碳排放2900万吨。

目前我国的半导体照明主要应用于特殊照明领域,如交通信号灯、景观照明、LED全彩显示屏等,但节能的效果明显:如景观照明(替代霓虹灯)节能70%,交通信号灯(替代白炽灯)节能80%;庭院灯节能70%。在功能性照明领域,节能效果已开始显现,如LED作为次干道路灯(替代高压钠灯)节能70%。虽然初始采购价格是普通路灯的3倍,综合成本约3-4年可持平。 预计当LED产品的发光效率达到 100 lm/W时,将开始进入普通照明市场,年节电500亿度,通过节电可减少CO2、SO2、NOx、粉尘排放5000万吨。当LED产品的发光效率达到 150 lm/W时,LED照明将占有 20% 的照明市场 (照明用电将超过5000亿度),每年将节约用电 1000 亿度,超过三峡水电站的年发电量(847亿度/年)。通过节电可减少CO2、SO2、NOx、粉尘排放1亿吨。

目前,LED的成熟应用市场有:建筑景观照明,建筑景观照明,广告显示屏,小尺寸LCD背光源,汽车应用,太阳能LED照明。在未来,还有着更广阔的应用前景,如中大尺寸LCD背光源,道路照明,室内普通白光照明,农业生产用人工光源,医疗用光源,LED液晶投影机,DLP背投用LED光源,航空照明光源,博物馆文物展示照明等。

LED固态照明的产业链分布也极为广泛。在产业链的上游,包括半导体材料供应,晶圆制造,封装等。在中游,包括功率驱动,光学组件,散热器等。在下游,包括灯具,照明管理软件,工程系统集成等。其中,功率驱动单元的作用是为LED提供恒定的电流,实现调光,混色,与上位机的通讯,热监测等。目前,在很多集成电路供应商的产品线中都能找到LED驱动的专用芯片。近来,该类驱动芯片的技术趋势是,功率开关器件被集成进芯片内部,开关模式工作在更高的频率,芯片具备更宽的工作电压。对于小电流的LED驱动,该类芯片通常使用开关电容来实现电荷泵,总的输出电流有限。而对于大电流LED的驱动,一般采用基于电感的开关拓扑结构,如boost , buck , sepic 等。由于MHZ的工作频率,其中的电感已经能够微型化。转换效率是该类电路的重要指标之一,最佳条件下,可以达到最高95%的效率。电流环的控制,大致可分为两类,一是滞环控制,二是平均电流控制。两者各有优缺点,对滞环控制,其动态响应快但电流精度较差。对平均电流控制,其控制精度较高,但动态响应较慢。两种控制模式均需要进行电流信号的采样和反馈,电流的采样方式有多种,包括低端电流采样,高端电流采样和浮置电流采样。对于不同的应用要求,可以采用不同的拓扑结构,不同的控制方式,以及不同的电流采样位置。

总的来说,LED在照明领域中的应用极其广泛和多样,被认为是人造光源中的第三次革命,其带来的影响是极为深远的。

关键字:应用

编辑:eeleader 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/gykz/2011/0225/article_4897.html
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