LED照明方案趋势的研究

By | 2020年7月24日

  0 引言


  LED光源也就是发光二极管(LED)为发光体的光源,属于固态光源。发光二极管于20世纪60年月问世,过后的LED倒退还不可熟,次要以白色为主,光通量小且发光效率低,它的根本用处是作为收录机等电子产物的批示灯应用。最近几年跟着资料、构造、以及技巧的疾速倒退,也促成了LED的倒退。


  如今LED不只颜色各类百般,发光效率有很年夜进步,光通量也有很年夜的提高,就单个LED的光通量而言,可达数十流明。特地是高亮度、高光效的白光LED开发的胜利,使LED照明行业有了更广阔的倒退前景。如今LED照明技巧曾经失去了超速的倒退,但正在过来的几年里,对LED业者来讲是喜忧各半,尽管包罗中国正在内的许多国度都开端制止发卖白炽灯,但LED灯具的发卖并无因而而悲观,反而呈现了不少灯具厂开张的连锁风暴。关于往年LED照明市场,跟着40W白炽灯的LED灯胆价钱的急速升高,工业界都很悲观的估计往年的LED照明市场将走暖,因而,关于正在业者来讲,当下最需求做的是做好技巧储蓄以及计划选型。


  1 LED的发光原理及其优点


  1.1 LED的发光原理


  LED是由砷化镓、磷砷化镓、AlGaAs等半导体系体例成,将电能转化为光能的进程。其次要由N型半导体构成的N层、P型半导体构成的P层以及两头的有源层形成。当外加正向偏偏压时,P型区的空穴向负标的目的分散,进入有源区,同时N型区的电子将向正标的目的分散,进入有源区,当电子以及空穴相连系时,会自发的发射光。当应用资料没有同时,因为能阶的没有同将会收回没有同颜色的光,如红、橙、黄、绿、蓝或不成见光等。且当正向电流越年夜时,LED所收回的光就越亮,LED发光的稳固性也受电流稳固性的影响,以是正在使用中应只管即便抉择稳固电流的LED驱动恒流源。


  1.2 LED的优点


  兼有各类优点的LED,现现在是任何其余光源都无奈比较的。他的优点不只仅表现正在发光品质上,它正在消费、制作、应用方面也都远远超越了荧光灯、白炽灯等传统的光源。其优点次要表现正在如下几方面。


  (1)发光效率高。LED自20世纪60年月降生起到如今曾经历了几十年的倒退,它的发光效率也有的很年夜的提高。传统光源的年夜局部耗电都被转化为热量分发了,如白炽灯、荧光灯、钠灯的光效辨别为12~24lm/W、50~70lm/W、90~140lm/W。通过改进后的LED光效可达50~120lm/W,而且其光的光谱很窄、单色性好,以是没有需求过滤就能够收回有色可见光。


  (2)耗电量少。普通正在相反的照明成果下,LED灯的耗电量约莫为荧光灯的1/2,白炽灯的1/8。它的单管功率低,约为0.03~0.06W,且反响速率很快,为正在高频操作提供了前提。


  (3)应用寿命长。当正在合适的电压以及电流下,LED的应用寿命是荧光灯的10倍,可达10万小时,可与灯具一体化设计。它体积小,分量轻。采纳环氧树脂封装,可受强打击力而不容易破碎。


  (4)高亮度、低热量。LED属于寒光源,发烧量低且光色柔以及,发光强度可控。


  (5)呼应快。LED的呼应工夫极短,正在微秒级。


  (6)光指向性强。LED收回的光指向性很强,相比传统光源的衰减低不少。


  (7)环保。LED抗触动、耐打击、可收受接管,且消费进程中无需增加汞,无净化。


  2 LED光源的使用


  2.1 可见光


  (1)若是传对立般亮度,如二元化合物GaP(除了GaN系列以外)以及三元化合物GaAsP、AlGaAs等(除了GaN系列以外),这类普通行使正在3C家电、生产性产物以及征询电子产物等。(2)若是高亮度如四元化合物AlGaNInP,GaInN系LED这两种普通使用于户外全彩看板、背光源、交通号志以及车用照明等;当是白光LED则普通使用于年夜尺寸背光源、普通照明等。2.2 不成见光


  当是短波长红外光时普通使用于红内线无线通信,如主动门,主动冲水安装等;若是长波长红外光则普通使用于光通信用光源。


  3 LED的驱动


  今朝市场上的产物根本采纳直流电驱动,由于正在市电以及LED产物之间需求加之一个将交流电转化为适宜LED产物应用的直流电安装,即LED驱动电源适配器。如今的LED驱动电源次要有两种形式,即恒流驱动形式以及恒压驱动形式。


  3.1 恒流驱动形式


  恒流驱动形式可分为两种:一种是用一个恒压源供多个恒流源工作,而后每一个恒流源相应的给每一路LED供电,这类组合形式老本较高一些,然而组合灵敏,此中一路LED发作毛病没有影响其余LED工作。另外一种是间接由恒流电源供电,其优点是老本低,但灵敏性差。


  采纳恒流驱动形式驱动LED是很理想的,但价钱较高,这类形式的驱动电路尽管没有怕负载短路,但严禁负载齐全开路。恒流驱动形式的输入电压是跟着LED负载巨细的变动而变动的,但输入电流是恒定的。因为存正在最年夜接受电流以及电压的成绩,以是LED的应用数目要受限度。


  3.2 恒压驱动形式


  恒压驱动形式的输入电压是恒定的,但输入直流电流是随LED负载变动而有所动摇的。此种驱动形式严禁LED负载齐全短路,其输入电压的变动会影响LED的发光洁度,要使每一串并联的LED串发光洁度平均的话,需求退出合适的电阻。


  4 LED照明计划的趋向


  正在过来的2012年,关于LED业者来讲是喜忧各半,即便包罗中国正在内的不少国度曾经开端制止发卖白炽灯,但LED灯具的发卖并无预期的快意。反而有不少的灯具消费厂家呈现了开张的状况,不外也有些厂家倒退的很悲观。总的来讲,往年是LED调整的一年,跟着庖代40瓦白炽灯的LED灯胆的批发价钱降到10美圆的情势,工业界估计往年LED照明市场将走缓。以是做好技巧储蓄以及计划选型是迫不及待的。上面谈谈LED照明计划的四个倒退趋向。


  4.1 调光技巧晋级


  正在LED照明使用中,多采纳电流驱动模式,但调光器可能是电压调光,以是正在兼容方面面对着微小应战,以往的调光计划调光范畴小、调光中亮度渐变、调光低时呈现闪动等成绩都重大影响了用户的体验。不外以PI公司最新公布的LYTSwitchIC来看,调光功能年夜年夜进步了,即使正在低导通角下也能够很容易达到NEMASSL6规范,并且该驱动器的启动速率十分快,这就能够消弭忽然变亮的景象。


  调光技巧面对的另外一个成绩就是兼容性,今朝不一家能够做到100%兼容调光的。跟着LED灯具的一直普及,调光技巧的进步能够带给用户更好的体验,正在计划抉择的时分,能够存眷这一点,将成为一个新的卖点。


  4.2单级电路架构


  为了取得较好的调光性,以往的计划年夜都采纳两级架构,即“PFC+隔离DC/DC变换器”的架构,这样设计能够升高纹波,以往的单级PFC电路纹波较年夜,这样会影响LED的寿命、色温、发光效率等成绩,以是年夜都采纳双极电路。今朝跟着高频开关电源单级计划的推出,单级的劣势就越创造显,正在效率上双极电路以及单级电路是无奈对抗的,并且单级电路的电路简略,以是有些业内专家以为将来单级电路将成为支流。


  4.3 集成PFC、MOSFET成为标配


  以往的照明计划中,尤为是中低功率的,一方面,因为国度不硬性要求;另外一方面,是会添加计划的老本。不少厂商都不思考到PFC电路,重大造成国度电网的净化。然而如今集成PFC正在中低功率驱动计划中曾经成为标配,这是合乎节能减排的趋向,同时如今我国当局正在投标名目时对此也有所要求,以是厂家如今也都进行了跟进。如将PFC以及恒流集成到单个开关电路中的PI的LYTSwitchIC,正在典型使用中,效率能够进步到90%以上,功率因数年夜于0.95,而且很容易餍足EN61000-3-2C对总谐波失真的要求。优化设计后的THD值可低于10%。


  4.4 无电解电容计划


  正在LED照明一直的倒退进程中,照明计划中电解电容的应用争议一直。局部人以为LED灯具的寿命杀手恰是电解电容,以为它重大影响了LED灯具的寿命;同时也有人持这样的观念电解电容正在滤除了纹波方面有着不成漠视的作用,特地是因为无电解电容酿成的高纹波电流招致的低频闪动愈来愈被人们所留意。有钻研学者以为即便低于165HZ的频闪不容易被人眼所发觉,但会对人眼造成生理上的没有适,以是电解电容不成省略,但这又会造成老本以及体积的添加,莫非无解了吗?


  从最新的几款产物看,一些业余人士分歧以为不电解电容的计划才是将来的支流,为理解决闪动以及纹波成绩,各厂商都拿出了本人的处理计划。如PI采纳的是将开关电源的频次进步到132KHz,正在如斯高频下,纹波就会减小,同时所需的变压器磁芯也能够减小,这样就相应地升高了老本。


  当然,若想强化无电解电容的成果还需求经过高集成单级计划,以PI的LYTSwitchIC为例,不只能够省去低压年夜电解电容的应用,还能够缩小核心元件的应用数目,这样能够年夜年夜的进步驱动器的寿命。别的,为了让驱动器失去真正严格的恒流功能,能够采纳准确的高级管制器,正在没有同负载下,更宽的温度范畴以及制作差别下的恒流调整率要优于5%,这就无疑有助于LED灯具寿命的延伸。


  5 论断


  本文次要讲述了LED照明计划选型趋向的引见。起首引见了甚么是LED、LED照明的近况和LED的发光原理以及优点,紧接着引见了LED光源正在现今的使用,以及LED的次要驱动形式。最初依据去年LED照明行业的倒退状况,总结出了四种选型计划的趋向。消费商能够依据本人的状况抉择适宜本人的计划,正在这竞争强烈的LED照明行业,只有步步小心,锦上添花能力正在市场站稳脚。


 


编纂:Cedar