LED照明與LED驅(qū)動(dòng)技術(shù)發(fā)展分析

　　固態(tài)照明（SSL） 也即發(fā)光二極管（LED） 照明很明顯將取代白熾燈和FL/CFL 照明，其背后的推動(dòng)力包括政府規(guī)定、高效率、長壽命以及環(huán)境問題。由于政府繼續(xù)逐步淘汰白熾燈泡（例如，歐洲規(guī)定2009 年年底開始禁用100W 燈泡，2010 年年底開始禁用75W 燈泡）。剩下的唯一選項(xiàng)便是含有微量汞的CFL 燈泡和LED 燈泡，但不幸的是，LED 燈泡的成本仍然遠(yuǎn)高于白熾燈或者CFL。另外，LED 燈泡符合RoHS（有害物質(zhì)使用規(guī)定）規(guī)定，并且它不含汞或者其他有害物質(zhì)——更有利于環(huán)境。

　　然而，這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)需由各大公司來推動(dòng)，例如：IKEA宣布他們將首先逐步淘汰白熾燈泡，未來只供應(yīng)CFL 和LED 燈泡。需要注意的另一點(diǎn)是LED 的價(jià)格將會(huì)自己慢慢降下來，從而有效降低總LED 燈泡價(jià)格。這樣便讓廣大消費(fèi)者能夠使用更長壽命、更加有益環(huán)境的LED 燈泡來取代其老舊的各種燈泡。由于LED 燈泡更換速度的加快，我們可以預(yù)見未來在這些燈泡中將會(huì)內(nèi)置更多的特性，其會(huì)改變我們?nèi)粘Ｉ钪惺褂脽艟叩姆绞?。由于鎢絲的發(fā)熱和冷卻，傳統(tǒng)的白熾燈泡基本都有一種特有的相關(guān)色溫（CCT）。

　　使用亮度調(diào)節(jié)器的情況下，這種CCT 在深度亮度調(diào)節(jié)時(shí)呈現(xiàn)橘紅色，而在滿功率（無亮度調(diào)節(jié)）時(shí)為亮白色，其在這兩種色溫之間變化。使用LED 時(shí)，可以讓不同類型的彩色LED 組合發(fā)出彩色的光，來提供與白熾燈泡相似的CCT，或者如圖1 所示的任何CIE 1931色度圖色彩。另外，我們還可以增加許多特性，例如：用于調(diào)節(jié)、分組和改變這些燈泡光輸出顏色的遠(yuǎn)程/無線控制——而這還僅僅只是初級(jí)應(yīng)用。

　　CIE 1931 色度圖：黑色曲線反映使用鎢絲的燈泡

　　圖1 CIE 1931色度圖：黑色曲線反映使用鎢絲的燈泡

　　受益于LED 照明設(shè)備的不僅僅是家居市場。根據(jù)2008 年美國能源部（United States Department of Energy）撰寫的一份報(bào)告，如果全部的美國零售商都改用LED 系統(tǒng)來為冷藏陳列柜提供照明，“……可以節(jié)省25.4 億千瓦時(shí)的電。這相當(dāng)于節(jié)省了273.8 TBtu的能源，其等于四座大型火力發(fā)電站一年的用煤量，或者兩百多萬個(gè)家庭一年的用電量?！备挠肔ED 照明的趨勢(shì)已經(jīng)持續(xù)有一段時(shí)間了，許多大型的零售公司都正在逐漸采用LED 照明，例如：沃爾瑪2009 年12 月宣布在650 家店面中用LED 替換陶瓷金屬鹵化物燈；在2010 底以前，500 多家店面的展示柜都改用LED 照明，以期達(dá)到每年省電1600 萬千瓦小時(shí)的目標(biāo)。

　　位于波多黎各的SuperMax正在用LED 型照明技術(shù)，替換其所有的商店照明。Nualight最近發(fā)布的白皮書顯示，熒光燈照明讓一些如冷藏設(shè)備等應(yīng)用的功耗增加約25%-50%，包括展示柜、冷藏柜、冷藏庫和自動(dòng)飲料出售機(jī)等。實(shí)際上，LED 照明是這些低溫型展示設(shè)備的理想選擇，因?yàn)橄啾戎翷ED 產(chǎn)生的熱量非常小。因此，它們消耗非常少的能源便可提供相同甚至更好的照明，同時(shí)對(duì)壓縮機(jī)沒有明顯的影響，無需過多地對(duì)制冷機(jī)組進(jìn)行散熱處理。另外，在食品冷凍冷藏過程中使用LED 照明，還消除了因熒光燈泡破損產(chǎn)生汞污染的潛在危險(xiǎn)。

　　LED 顏色可以根據(jù)展示的類型進(jìn)行調(diào)整匹配，而LED 的壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了冷藏柜。早在2008 年，Naulight便同Tesco簽訂了一份合同，負(fù)責(zé)改造其愛爾蘭商店中的115 家，并已經(jīng)改造了其在英國的商店以及其Tesco美國店Freshandeasy。在英國，Sainsbury‘s已經(jīng)在其全部英國商店的15000多個(gè)冷藏展示柜中安裝使用了LED 照明系統(tǒng)。

　　另外，戶外和基礎(chǔ)設(shè)施市場也正從傳統(tǒng)照明設(shè)備LPS、HPS 和水銀蒸汽，向LED 型照明解決方案的轉(zhuǎn)移。LED 擁有諸多的優(yōu)勢(shì)，例如：亮度可調(diào)節(jié)性、瞬時(shí)導(dǎo)通（沒有達(dá)到最大亮度輸出的預(yù)熱時(shí)間）以及低維護(hù)。在世界各地都在進(jìn)行著許多創(chuàng)新試點(diǎn)，對(duì)停車場照明、路燈和交通信號(hào)燈進(jìn)行升級(jí)。在美國政府經(jīng)濟(jì)刺激資金的幫助下，一些城市已經(jīng)在2009 年安裝了LED 路燈，還有其他幾十個(gè)城市也在計(jì)劃之中。至少有30 個(gè)城市已經(jīng)提出超過1.04 億美元的聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)刺激資金撥付申請(qǐng)，以幫助它們實(shí)施上述照明升級(jí)。2009 年，歐盟委員會(huì)便通過了一項(xiàng)規(guī)定，旨在有效地逐步淘汰傳統(tǒng)的辦公、工業(yè)和街道照明燈具，這在2012 年將會(huì)產(chǎn)生巨大的影響，其具體內(nèi)容如下：

　　2010：逐步淘汰暈磷酸鹽熒光燈管

　　2012：逐步淘汰T12 熒光（FL）燈管

　　2012：逐步淘汰高壓鈉燈（HPS）標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量燈（僅E27/ E40/ PGZ12受影響）

　　2012：逐步淘汰低效率的金屬鹵化物（MH）燈（僅E27/E40/PGZ12受影響）。

　　歐洲的目標(biāo)是到2020 年能源消耗減少20%，歐盟委員會(huì)2011 年2 月宣布了一項(xiàng)計(jì)劃，旨在籌集1 千萬歐元實(shí)施兩到三個(gè)主要的大型項(xiàng)目，示范LED 照明在光線質(zhì)量、低能耗、低總運(yùn)行成本以及用戶接受度方面的諸多好處。

　　在推動(dòng)采用如LED 等更高效照明設(shè)備過程中，各國政府都在發(fā)揮其積極的作用，與此同時(shí)，如果我們真的想要加快LED 照明在普通照明市場的推廣應(yīng)用，我們需要實(shí)現(xiàn)三個(gè)重要的技術(shù)突破。

　　首先，需要降低驅(qū)動(dòng)器的成本，才能實(shí)現(xiàn)在普通照明市場LED 燈泡和燈具的大眾消費(fèi)。許多LED 芯片和電源IC 供應(yīng)商都正在研究如何通過新技術(shù)或者改良技術(shù)，一點(diǎn)一點(diǎn)地降低其LED 芯片或者驅(qū)動(dòng)器IC 的成本，目的是以更低的價(jià)格提供更高的功效（更高的流明/瓦）。

　　其次，需要開發(fā)出能夠同目前安裝的電源基礎(chǔ)設(shè)施無縫連接的LED 驅(qū)動(dòng)器。我們?cè)谑褂谩翱烧{(diào)光”LED 燈泡時(shí)已經(jīng)碰到過這種問題，LED 燈泡需要正確地同斷相調(diào)光器一起工作，例如：前沿（基于TRIAC）及后沿調(diào)光器（基于晶體管）、數(shù)字調(diào)光器和運(yùn)動(dòng)傳感器。MR16 型LED 燈泡需要與目前安裝使用的磁性電子變壓器兼容（調(diào)光），同時(shí)還要與功耗低于傳統(tǒng)鹵素MR16 燈泡的LED 燈泡兼容。在保持燈泡本身高效率的同時(shí)，還要滿足電子變壓器（eTransformer） 最低功耗要求，存在相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。

　　最后，相比同類的白熾燈和CLF 產(chǎn)品，LED 擁有非常高的靈活性。但是，需要發(fā)展LED 照明智能控制技術(shù)，以便真正地將這種技術(shù)的價(jià)值最大化。它的范圍涵蓋家用或辦公用LED 燈泡的智能調(diào)光，其根據(jù)進(jìn)入房間光線的多少來調(diào)節(jié)亮度，或者根據(jù)時(shí)段（黎明、粉塵、夜晚）來改變路燈的亮度。另外，LED 還有一個(gè)優(yōu)勢(shì)即瞬時(shí)開啟的能力，因此，相比目前使用的體育場館照明等設(shè)備，其沒有“加熱”時(shí)間要求。

　　TI 致力于為這一重要成長市場提供服務(wù)。例如，TI 有一個(gè)業(yè)務(wù)部門，專門負(fù)責(zé)普通照明市場的LED 照明業(yè)務(wù)。TI 及其競爭對(duì)手共同面臨的主要挑戰(zhàn)是，這一市場仍處于起步階段，因此充滿了躁動(dòng)和混亂，且不斷地變化著。這個(gè)市場現(xiàn)在存在的一個(gè)主要問題是，世界各個(gè)地區(qū)的要求都或多或少地不同，例如：輸入電壓、功率因數(shù)、電磁干擾（EMI）、額定標(biāo)準(zhǔn)、成本等等。這就意味著，作為電源控制器和轉(zhuǎn)換器IC的制造廠商，我們很難達(dá)到理論規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益，因?yàn)檫@個(gè)工業(yè)根本不可能實(shí)際開發(fā)出真正的通用LED 燈泡（至少在短期內(nèi)不可能）。但是，隨著一些傳統(tǒng)的競爭對(duì)手以及許多新進(jìn)入這個(gè)行業(yè)的參與者，都一起加入到LED 照明產(chǎn)業(yè)中來，競爭變得非常激烈，而這種狀況也會(huì)加速針對(duì)這一市場的新型解決方案產(chǎn)品的出現(xiàn)。

　　這種激烈競爭帶來市場的好處是創(chuàng)新的出現(xiàn)和成本的降低，而這正是推動(dòng)這一新興市場發(fā)展的兩個(gè)關(guān)鍵因素。在這個(gè)市場統(tǒng)一以前，競爭的勝出者將會(huì)是那些找到并投資正確細(xì)分市場的企業(yè)，并且最終將會(huì)只有幾家大型企業(yè)主導(dǎo)這個(gè)市場。TI 專注于那些為LED 照明量身定做的產(chǎn)品開發(fā)工作，這些產(chǎn)品同時(shí)還擁有高度的靈活性，可以快速地適應(yīng)各種LED 照明細(xì)分市場要求的變化。這個(gè)市場仍然處于早期嘗試應(yīng)用階段，在未來兩到三年時(shí)間內(nèi)其將會(huì)出現(xiàn)爆炸式的增長。TI 目前正在開發(fā)的產(chǎn)品以及正在實(shí)施的產(chǎn)能投入，將會(huì)讓TI成為這個(gè)令人興奮不已且不斷增長的市場的領(lǐng)跑者。它可以確保TI 的廣大客戶在LED 照明市場競爭中取得成功。