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LED照明技术与LED驱动技术的发展分析

发布时间:2019-11-09 18:32:55 编辑:笔名

LED照明技术与LED驱动技术的发展分析 - 消费电子 - 电子工程

固态照明(SSL) 也即发光二极管(LE[size=+0]D) 照明很明显将取代白炽灯和FL/CFL 照明,其背后的推动力包括政府规定、高效率、长寿命以及环境问题。由于政府继续逐步淘汰白炽灯泡(例如,欧洲规定2009 年年底开始禁用100W 灯泡,2010 年年底开始禁用75W 灯泡)。剩下的唯一选项便是含有微量汞的CFL 灯泡和LE[size=+0]D 灯泡,但不幸的是,LE[size=+0]D 灯泡的成本仍然远高于白炽灯或者CFL。另外,LE[size=+0]D 灯泡符合RoHS(有害物质使用规定)规定,并且它不含汞或者其他有害物质——更有利于环境。

然而,这一目标的实现需由各大公司来推动,例如:IKEA宣布他们将首先逐步淘汰白炽灯泡,未来只供应CFL 和LE[size=+0]D 灯泡。需要注意的另一点是LE[size=+0]D 的价格将会自己慢慢降下来,从而有效降低总LE[size=+0]D 灯泡价格。这样便让广大消费者能够使用更长寿命、更加有益环境的LE[size=+0]D 灯泡来取代其老旧的各种灯泡。由于LE[size=+0]D 灯泡更换速度的加快,我们可以预见未来在这些灯泡中将会内置更多的特性,其会改变我们日常生活中使用灯具的方式。由于钨丝的发热和冷却,传统的白炽灯泡基本都有一种特有的相关色温(CCT)。

使用亮度调节器的情况下,这种CCT 在深度亮度调节时呈现橘红色,而在满功率(无亮度调节)时为亮白色,其在这两种色温之间变化。使用LE[size=+0]D 时,可以让不同类型的彩色LE[size=+0]D 组合发出彩色的光,来提供与白炽灯泡相似的CCT,或者如图1 所示的任何CIE 1931色度图色彩。另外,我们还可以增加许多特性,例如:用于调节、分组和改变这些灯泡光输出颜色的远程/无线控制——而这还仅仅只是初级应用。

CIE 1931 色度图:黑色曲线反映使用钨丝的灯泡

图1 CIE 1931色度图:黑色曲线反映使用钨丝的灯泡

受益于LE[size=+0]D 照明设备的不仅仅是家居市场。根据2008 年美国能源部(Unite[size=+0]d States [size=+0]Department of Energy)撰写的一份报告,如果全部的美国零售商都改用LE[size=+0]D 系统来为冷藏陈列柜提供照明,“……可以节省25.4 亿千瓦时的电。这相当于节省了273.8 TBtu的能源,其等于四座大型火力发电站一年的用煤量,或者两百多万个家庭一年的用电量。”改用LE[size=+0]D 照明的趋势已经持续有一段时间了,许多大型的零售公司都正在逐渐采用LE[size=+0]D 照明,例如:沃尔玛2009 年12 月宣布在650 家店面中用LE[size=+0]D 替换陶瓷金属卤化物灯;在2010 底以前,500 多家店面的展示柜都改用LE[size=+0]D 照明,以期达到每年省电1600 万千瓦小时的目标。

位于波多黎各的SuperMax正在用LE[size=+0]D 型照明技术,替换其所有的商店照明。Nualight最近发布的白皮书显示,荧光灯照明让一些如冷藏设备等应用的功耗增加约25%-50%,包括展示柜、冷藏柜、冷藏库和自动饮料出售机等。实际上,LE[size=+0]D 照明是这些低温型展示设备的理想选择,因为相比之下LE[size=+0]D 产生的热量非常小。因此,它们消耗非常少的能源便可提供相同甚至更好的照明,同时对压缩机没有明显的影响,无需过多地对制冷机组进行散热处理。另外,在食品冷冻冷藏过程中使用LE[size=+0]D 照明,还消除了因荧光灯泡破损产生汞污染的潜在危险。

LE[size=+0]D 颜色可以根据展示的类型进行调整匹配,而LE[size=+0]D 的寿命远远超出了冷藏柜。早在2008 年,Naulight便同Tesco签订了一份合同,负责改造其爱尔兰商店中的115 家,并已经改造了其在英国的商店以及其Tesco美国店Freshan[size=+0]deasy。在英国,Sainsbury‘s已经在其全部英国商店的15000多个冷藏展示柜中安装使用了LE[size=+0]D 照明系统。

另外,户外和基础设施市场也正从传统照明设备LPS、HPS 和水银蒸汽,向LE[size=+0]D 型照明解决方案的转移。LE[size=+0]D 拥有诸多的优势,例如:亮度可调节性、瞬时导通(没有达到最大亮度输出的预热时间)以及低维护。在世界各地都在进行着许多创新试点,对停车场照明、路灯和交通信号灯进行升级。在美国政府经济刺激资金的帮助下,一些城市已经在2009 年安装了LE[size=+0]D 路灯,还有其他几十个城市也在计划之中。至少有30 个城市已经提出超过1.04 亿美元的联邦经济刺激资金拨付申请,以帮助它们实施上述照明升级。2009 年,欧盟委员会便通过了一项规定,旨在有效地逐步淘汰传统的办公、工业和街道照明灯具,这在2012 年将会产生巨大的影响,其具体内容如下:

2010:逐步淘汰晕磷酸盐荧光灯管

2012:逐步淘汰T12 荧光(FL)灯管

2012:逐步淘汰高压钠灯(HPS)标准质量灯(仅E27/ E40/ PGZ12受影响)

2012:逐步淘汰低效率的金属卤化物(MH)灯(仅E27/E40/PGZ12受影响)。

欧洲的目标是到2020 年能源消耗减少20%,欧盟委员会2011 年2 月宣布了一项计划,旨在筹集1 千万欧元实施两到三个主要的大型项目,示范LE[size=+0]D 照明在光线质量、低能耗、低总运行成本以及用户接受度方面的诸多好处。

在推动采用如LE[size=+0]D 等更高效照明设备过程中,各国政府都在发挥其积极的作用,与此同时,如果我们真的想要加快LE[size=+0]D 照明在普通照明市场的推广应用,我们需要实现三个重要的技术突破。

首先,需要降低驱动器的成本,才能实现在普通照明市场LE[size=+0]D 灯泡和灯具的大众消费。许多LE[size=+0]D 芯片和电源IC 供应商都正在研究如何通过新技术或者改良技术,一点一点地降低其LE[size=+0]D 芯片或者驱动器IC 的成本,目的是以更低的价格提供更高的功效(更高的流明/瓦)。

其次,需要开发出能够同目前安装的电源基础设施无缝连接的LE[size=+0]D 驱动器。我们在使用“可调光”LE[size=+0]D 灯泡时已经碰到过这种问题,LE[size=+0]D 灯泡需要正确地同断相调光器一起工作,例如:前沿(基于TRIAC)及后沿调光器(基于晶体管)、数字调光器和运动传感器。MR16 型LE[size=+0]D 灯泡需要与目前安装使用的磁性[size=+0]电子变压器兼容(调光),同时还要与功耗低于传统卤素MR16 灯泡的LE[size=+0]D 灯泡兼容。在保持灯泡本身高效率的同时,还要满足[size=+0]电子变压器(eTransformer) 最低功耗要求,存在相当大的挑战。

最后,相比同类的白炽灯和CLF 产品,LE[size=+0]D 拥有非常高的灵活性。但是,需要发展LE[size=+0]D 照明智能控制技术,以便真正地将这种技术的价值最大化。它的范围涵盖家用或办公用LE[size=+0]D 灯泡的智能调光,其根据进入房间光线的多少来调节亮度,或者根据时段(黎明、粉尘、夜晚)来改变路灯的亮度。另外,LE[size=+0]D 还有一个优势即瞬时开启的能力,因此,相比目前使用的体育场馆照明等设备,其没有“加热”时间要求。

TI 致力于为这一重要成长市场提供服务。TI 及其竞争对手共同面临的主要挑战是,这一市场仍处于起步阶段,因此充满了躁动和混乱,且不断地变化着。这个市场现在存在的一个主要问题是,世界各个地区的要求都或多或少地不同,例如:输入电压、功率因数、电磁干扰(EMI)、额定标准、成本等等。这就意味着,作为电源控制器和转换器IC的制造厂商,我们很难达到理论规模经济效益,因为这个工业根本不可能实际开发出真正的通用LE[size=+0]D 灯泡(至少在短期内不可能)。但是,随着一些传统的竞争对手以及许多新进入这个行业的参与者,都一起加入到LE[size=+0]D 照明产业中来,竞争变得非常激烈,而这种状况也会加速针对这一市场的新型解决方案产品的出现。

这种激烈竞争带来市场的好处是创新的出现和成本的降低,而这正是推动这一新兴市场发展的两个关键因素。在这个市场统一以前,竞争的胜出者将会是那些找到并投资正确细分市场的企业,并且最终将会只有几家大型企业主导这个市场。TI 专注于那些为LE[size=+0]D 照明量身定做的产品开发工作,这些产品同时还拥有高度的灵活性,可以快速地适应各种LE[size=+0]D 照明细分市场要求的变化。这个市场仍然处于早期尝试应用阶段,在未来两到三年时间内其将会出现爆炸式的增长。TI 目前正在开发的产品以及正在实施的产能投入,将会让TI成为这个令人兴奋不已且不断增长的市场的领跑者。它可以确保TI 的广大客户在LE[size=+0]D 照明市场竞争中取得成功。

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