淺析LED照明原理及其節(jié)能技術(shù)

　　節(jié)能網(wǎng)訊：自2010年起，歐、美、日等先進(jìn)國家會相繼開始執(zhí)行禁用白熾燈泡的法令，而推行這種法令的原因是為了限制低發(fā)光效率的光源。中國目前GDP保持快速增長，但相對于國際發(fā)達(dá)國家的單位GDP能耗來看，我國是以高能源消耗來換取GDP的快速增長，這種GDP增長方式亟待改變。中國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展正面臨著各種能源的壓力，解決能源短缺時政府面臨的最大挑戰(zhàn)之一。所以中國政府也已經(jīng)開始實(shí)現(xiàn)照明節(jié)能計劃，大力推廣普及節(jié)能光源的使用，目標(biāo)是每年降低能耗10%。一些單位也已經(jīng)開始限制白熾燈泡的使用。白熾燈泡被禁用后，取而代之的光源包括節(jié)能燈、冷陰極管、LED等。如果將來再考慮對有害物質(zhì)進(jìn)行限制，那么LED光源就將成為最佳選擇。

　　目前，我國已經(jīng)將LED等的研制和推廣放到了一個非常重要的位置。下面就從LED照明的原理、LED照明的亮度與穩(wěn)定性、LED照明的節(jié)能效果等幾個方面進(jìn)行探討。

　　一、LED發(fā)光源工作原理及特性

　　發(fā)光二極管是半導(dǎo)體材料合成的二極管，由PN結(jié)組成，當(dāng)外加正向電壓時，電子與電洞結(jié)合以光子形式釋出能量，因此具有發(fā)光特性。而其光源在靠近PN接口毫米以內(nèi)產(chǎn)生，發(fā)光的波長取決于材料之特性而有不同發(fā)光顏色，常見有紅、黃、綠、藍(lán)發(fā)光二極管。發(fā)光二極管發(fā)光亮度可以通過工作電壓(電流)的大小來調(diào)節(jié)。在很大的工作電流范圍內(nèi)，發(fā)光二極管的亮度隨電流的增大而提高。

　　二、LED照明亮度穩(wěn)定性

　　發(fā)光二極管的亮度隨電流的大小而不同，且制造出來的發(fā)光二極管，其電壓與電流曲線稍有差異，因而LED照明的亮度常隨電源電壓的變動而無法穩(wěn)定。為維持亮度穩(wěn)定一致，需要發(fā)光二極管恒流驅(qū)動器來實(shí)現(xiàn)。恒流驅(qū)動器可以使得發(fā)光二極管工作在固定電流模式，因而亮度穩(wěn)定性高。恒流驅(qū)動器也讓發(fā)光二極管長期工作在一定電流下，使其維持較長壽命。

　　一般來講，恒流驅(qū)動器的輸出電流可通過外置電阻來進(jìn)行確定。至少應(yīng)具有±6%精度電流與通道間±3%匹配精度，可用于路燈、燈管等照明設(shè)備。為節(jié)能考慮，系統(tǒng)設(shè)計需考慮恒流驅(qū)動器的跨壓在0.5V～2V之間。由于發(fā)光二極管長時間工作在恒定電流下，其跨壓稍有下降，在系統(tǒng)設(shè)計中，應(yīng)考慮跨壓下降的影響。

　　三、LED照明節(jié)能考慮

　　發(fā)光二極管照明優(yōu)點(diǎn)是節(jié)能、安全，但由于恒定電流工作考慮，能耗會相應(yīng)有所增加，因此照明系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)以低能耗為首要目標(biāo)。前面提到恒流驅(qū)動器的壓降在2V以內(nèi)，就是一種考慮低能耗的設(shè)計，若系統(tǒng)的電源端電壓與串接發(fā)光二極管壓降超過2V以上，則需考慮以電壓轉(zhuǎn)換器來達(dá)到低能耗目標(biāo)，但仍維持恒定電流工作模式。低能耗的電壓轉(zhuǎn)換器是以開關(guān)式方式工作，依據(jù)反饋電路控制開關(guān)周期，達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓。但為了維持發(fā)光二極管恒定電流工作狀態(tài)，反饋電路是以輸出電流來控制轉(zhuǎn)換器開關(guān)周期。

　　目前國內(nèi)市場上的LED照明產(chǎn)品中，電源輸入系統(tǒng)為兩類：一類前端為AC電源輸入系統(tǒng)加上后端的定電流控制模塊，此類產(chǎn)品包括冷凍柜燈條、室內(nèi)燈具、路燈、臺燈、MR16、AR111等。另一類為交流電源直接輸入系統(tǒng)整合AC/DC轉(zhuǎn)換器和恒定電流線路，此類產(chǎn)品包括E27和GU10等燈泡型LED燈、PAR燈、T5和T8LED燈管等。

　　第一類電源設(shè)計除了應(yīng)選擇前端效率較佳的恒定電壓電源供應(yīng)器外，后端恒定電源控制的電源模塊則依其產(chǎn)品特性采用效率較佳的電源設(shè)計。其優(yōu)點(diǎn)在于前端AC/DC的電源供應(yīng)器，如開關(guān)電源、DC適配器等恒定電壓電源，可選擇性高且大多具有符合標(biāo)準(zhǔn)的方案，從而能夠降低設(shè)計的門檻。

　　第二類電源設(shè)計由于整合了AC/DC的電路和恒定電流電路，故可符合較小空間的結(jié)構(gòu)設(shè)計，但從功率因子、電源效率和標(biāo)準(zhǔn)化的角度來說，設(shè)計也存在一些難度。因此，當(dāng)前市場此類產(chǎn)品很少能達(dá)到高發(fā)光效率、高功率因子(>0.9)的標(biāo)準(zhǔn)。

　　四、結(jié)語

　　目前LED照明產(chǎn)品要達(dá)到高發(fā)光效率，進(jìn)而成為下一代主要光源，首要考慮的是電源模塊的設(shè)計，針對不同的燈具產(chǎn)品選擇正確的設(shè)計架構(gòu)。此外，電源控制IC也必須提高電源效率、功率因子、可靠性，以開發(fā)適合LED照明需求的產(chǎn)品。