LED：重新定義照明的基本假設(shè)

在過去大約150年的時間里，照明行業(yè)已經(jīng)發(fā)展成為一個基于標(biāo)準(zhǔn)化燈泡的大規(guī)模生產(chǎn)行業(yè)，燈泡的設(shè)計具有內(nèi)在的過時性。消費者發(fā)現(xiàn)自己經(jīng)常要用相同的新產(chǎn)品來更換短壽命的在用產(chǎn)品。這種趨勢與一小部分大型制造商密不可分，它們通過以低成本制造數(shù)以億計的同一種產(chǎn)品來滿足市場需要。

隨著照明行業(yè)向LED技術(shù)的轉(zhuǎn)型，這種商業(yè)模式是否還能繼續(xù)維持其最大利益？而且它是否能利用固態(tài)照明的基本優(yōu)勢？

顯然，LED在能效和工作壽命方面具有非常顯著的優(yōu)勢。LED燈泡只需要消耗三分之一的電量，就能提供與傳統(tǒng)的白熾燈和熒光燈幾乎相同的發(fā)光量。與基于更成熟技術(shù)的產(chǎn)品相比，LED燈泡的使用壽命還有望高出20多倍。而且，LED燈泡中的固態(tài)元件較相對脆弱的傳統(tǒng)照明技術(shù)而言，可提供更好的機械損傷保護?？傊?，這些特性可為LED照明產(chǎn)品用戶提供極具吸引力的投資回報(ROI)，特別是對于維護和燈泡更換比較困難和/或昂貴的商業(yè)和工業(yè)應(yīng)用。

可能與該項技術(shù)的更長工作壽命同樣重要的是，更高的效率和更穩(wěn)固的設(shè)計是LED所具有的架構(gòu)靈活性。例如，照明設(shè)計師可以選擇利用LED燈的點光源，使其圍繞某個形狀進行分布，而不是將光源集中在一起，使用漫射器和遮罩將其分布到需要的地方。這些特性可賦予照明設(shè)計師無限的設(shè)計自由，以創(chuàng)新的方式設(shè)計光源。產(chǎn)品開發(fā)人員可將LED照明產(chǎn)品制作成任意形狀，或?qū)⒄彰鳠艟咔度虢ㄖ牧稀Ρ诨蚣揖邇?nèi)。他們可以更準(zhǔn)確的定向光源，或者更容易控制其強度或顏色，從而營造出動態(tài)的照明環(huán)境。有些制造商已經(jīng)開發(fā)出窗戶原型，它們在白天是透明的，通過巧妙地使用LED和不同折射率的材料，它們會在夜晚發(fā)光。

照明電器

通過利用LED更長工作壽命的優(yōu)勢以及能夠形成各種創(chuàng)新形狀和尺寸的技術(shù)，設(shè)計師可以將照明行業(yè)從大規(guī)模生產(chǎn)業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)變?yōu)榇笠?guī)模定制業(yè)務(wù)。這種新行業(yè)不是建立在標(biāo)準(zhǔn)化的、需要頻繁更換的燈泡和燈具基礎(chǔ)之上，它將為產(chǎn)品開發(fā)人員提供廣泛的參考設(shè)計選擇方案，此類設(shè)計往往利用LED技術(shù)一種或多種特有的屬性。借助智能化的自動設(shè)計工具，制造商將能夠快速開發(fā)高度定制的照明方案，以滿足每個客戶的個性化需要。在這種照明不再是一次性用品、而是可持續(xù)使用十年以上的新型業(yè)務(wù)模式中，富有美感的光源可以嵌入商業(yè)或工業(yè)建筑的墻壁中，或嵌入住宅家具內(nèi)，并且它們將作為電器進行銷售，可以在建筑或住宅裝修改造前一直使用。

為實現(xiàn)此目標(biāo)，設(shè)計師必須采取系統(tǒng)的設(shè)計方法。第一代LED照明系統(tǒng)所出現(xiàn)的過早故障已證明一點：任何LED照明產(chǎn)品的使用壽命都取決于工作壽命最短的單個元件。盡管通常的LED電路都能滿足能源之星SSL V 1.1 L70所規(guī)定的約45,000小時工作壽命的要求，但為該電路供電的普通兩級電源的使壽命周期僅為20,000小時左右。實際上，電源設(shè)計中的薄弱環(huán)節(jié)破壞了LED技術(shù)的長使用壽命優(yōu)勢和高ROI。

消除故障點

為什么要這樣做呢？如今的許多LED照明系統(tǒng)都使用典型的兩級電源，這種電源將用于提高功率因數(shù)的第一級升壓式轉(zhuǎn)換器與第二級高壓DC-DC轉(zhuǎn)換器結(jié)合在了一起。這些電源中最常見的故障點是用于在兩級之間進行大容量儲能的電解電容。由于需要在滿載下連續(xù)工作，并且通常放置于鎮(zhèn)流器的一次成型外殼或燈泡底座等密閉的狹小空間內(nèi)，加上其中高發(fā)熱量的電源和高亮度LED，這些大容量電解電容必須要耐受嚴(yán)酷的高溫條件。而實際上，電容介質(zhì)材料的性能會逐漸降低，器件會因失去電容容量而導(dǎo)致失效。盡管LED照明方案中的控制器和其他半導(dǎo)體的使用壽命可達到100,000小時以上，二極管、晶體管和陶瓷電容也具有同樣長的使用壽命，但目前照明行業(yè)中大多數(shù)兩級電源所采用的電解電容的使用壽命都僅有20,000小時左右。

鑒于LED技術(shù)存在一項明顯的弱點，以下熱管理問題顯得特別重要：雖然使用傳統(tǒng)技術(shù)的燈泡可以紅外線形式耗散過多的能量，但LED必須將過多的熱量傳遞到它們的散熱片。這些熱量很容易達到過高水平，尤其是在照明方案被壓縮到較小的燈泡底座時。對這些熱問題進行精心管理在LED設(shè)計中尤為重要，因為過高的環(huán)境溫度不僅會提高LED結(jié)溫，從而影響光輸出，而且還會縮短LED的工作壽命。

解決此問題的一種方法是，在開發(fā)LED照明方案時采用這樣的電源拓撲結(jié)構(gòu)：可以同時消除隔離反激式設(shè)計中脆弱的電解電容和不可靠的光隔離器。新一代的單級功率LED驅(qū)動器可以通過消除這些潛在的故障點來滿足這種需要。通過將電解電容替換為具有高穩(wěn)定性的陶瓷電容，這些電源的使用壽命可非常接近LED。此外，通過在90%以上的頻率下工作，同時超出能源之星的PF及THD要求，這些高度集成的轉(zhuǎn)換器可產(chǎn)生更少的熱量，并且在此過程中有助于簡化高度緊湊型照明設(shè)計的熱管理問題。

結(jié)論

很顯然，LED技術(shù)在靈活性、能效及使用壽命方面具有獨特的設(shè)計優(yōu)勢，同時為照明制造商提供了徹底改變行業(yè)模式的良好機會。然而，為使這些優(yōu)勢達到最大化，設(shè)計師必須將LED及其電源作為單個電器進行研究和設(shè)計。通過認(rèn)真考量各個設(shè)計元件對熱量分布的影響以及如何更好地控制環(huán)境條件，照明開發(fā)人員可以將其行業(yè)過渡到一個新的階段，讓LED解決方案成為樓宇及住宅建筑中真正的有機組成部分。 電能表相關(guān)文章:電能表原理