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| 【LED】全球合力淘汰白熾燈 LED啟動掀起照明革命 |
| （時間:2011-6-23 9:55:05） |
不斷上漲的能源成本加上越來越多的政府監管呼喚采用高效照明，這使得HBLED（高亮度LED）成為了照明應用的主力軍。隨著電子元器件進入一些非傳統應用的新領域，我們如何到達這個引爆點？LED驅動器市場的未來前景如何？LED在能效和環境安全方面的優勢是導致客戶采用的兩個關鍵因素。LED發光效率及相關電子驅動器件正在朝更加智能的系統發展，為我們提供期望得到的光輸出，同時實現我們需要的功率和成本節約。美國國家半導體在LED驅動器產品和工具方面領先業界，可以為消費者提供完整的基于LED的照明解決方案。
所有好東西都有走到盡頭的一天
自從托馬斯•愛迪生在19世紀末發明了白熾燈泡，世界一直在同一類型燈泡下被照耀。自從第一個燈泡被商業化以來，至今的確發生了一些變化和更改，但在原理上白熾燈泡仍與愛迪生原來發明的白熾燈泡相同。為什么會搞砸一件好事呢？經過仔細審視，所謂的“好事”是，白熾燈泡消耗大約90％的電力作了熱功，只有10％的電力用來發光。美國能源情報署（EIA）2007年的研究發現，照明大約消耗了5260億千瓦小時（kWh）。這占了美國總電力消耗的14％。考慮到只有10％的能量會產生光，所消耗的其余電力都在產生熱量上浪費掉了。
21世紀，人們開始關注溫室氣體排放源、能源消耗及其對氣候的影響。有關低效能耗的分析令全球立法轉而支持逐步淘汰甚至最終禁止使用白熾燈泡。白熾燈泡以熱的形式損失了90％的能源，而其替代照明技術則只損失一小部分熱量，顯然其它發光方式更加有效。對高效照明的需求正在成為一個全球性倡議。圖1顯示了不同國家逐步淘汰白熾燈照明的計劃。2005年，南美洲的一些國家因要求采用高效照明而領導了這一變革。美國的目標是在2012年淘汰100瓦燈泡，然后在2014年淘汰40瓦燈泡。不難想象，到2020年白熾燈泡將不復存在。
替代方案
既然愛迪生發明的燈泡會消失，什么留下來供我們選擇呢？基本上有兩種可行的主要替代辦法。緊湊型熒光燈（CFL）是在消費者層面使用最廣泛的可用性替代辦法。CFL的效率是白熾燈泡的五倍以上。CFL的壽命平均大約為8,000小時，技術相對成熟。CFL燈泡是一種簡單而低成本的選擇，它可以很容易地加裝在現有的燈座上。CFL的主要問題之一是，每個燈泡內大約有4毫克的汞，處置時需要特殊的處理程序。如果不小心打破了CFL，在美國環境保護局網站http://www.epa.gov/cfl/cflcleanup-detailed.html有一個詳細的清理建議，這將使你在外出購買一只CFL燈泡前三思而后行。
另一個主要選擇是采用HBLED的固態照明（SSL）。目前，固態照明的效率幾乎與CFL一樣，我們也開始看到，隨著技術的不斷發展，其效率也在顯著改善。一些廠商的廣告稱，基于LED的照明的壽命一般在3萬到5萬小時，甚至更長。然而，由于補貼沒有到位，前期成本是此時采用LED的障礙之一。SSL作為一個靈活的電子組件的優勢也被低估了，它現在可以作為一個先進電子網絡的一部分來擴展照明，實現很多有趣的應用。
LED開始啟動
LED已經成為幾乎所有移動電話顯示器背光照明的主流技術，而現代電視也在使用LED照明。現在，照明LED技術的采用像雨后春筍般出現，并且目前主要的白熾燈替代燈泡仍有上述汞含量的問題。無汞含量的LED是環保安全的選擇。即將在一般市場上啟動的消費折扣計劃有助于補貼LED燈泡的成本，預計將大幅推動LED的應用。產品數量方面的增加將使消費者和企業的成本繼續下降。
一個典型企業客戶的固態照明解決方案可以節約大約40％的電力成本，有助于進一步推動其他業務需求的投資。政府部門也通過開展街道照明試驗，用基于LED的解決方案取代常用的高壓鈉燈（HPS）而積極參與了SSL革命。HPS燈無疑是可以用最小的能源消耗提供良好的光輸出量方案；但發出的光不太適用于夜間照明，并可能對駕駛者的反應時間產生負面影響。事實證明，基于SSL的街道照明解決方案能增加周邊視力，加快駕駛者的反應時間。
美國國家半導體正在利用其HBLED驅動器的廣泛產品組合推動SSL的進步。這些產品支持各種LED配置和調光選擇，可以提高整體效率，簡化設計，降低系統BOM成本。完整的參考設計和設計工具也可以支持許多新型照明應用，并最大限度地提高HBLED的功能，從而使制造商能夠將他們的產品更快地推向市場。
向照明網絡演變
隨著SSL的采用，燈泡的功能也在發生變化。由于SSL燈泡是一種電子組件，制造商們開始集成環境光檢測、闖入傳感和檢測、熱檢測和光輸出等傳感器，以使燈泡更加有效，并以最小的輸入功率提供最大的光輸出。電子設備也正在進入新的網絡控制方式，正在開發的產品遠遠超出了傳統的墻壁開關。先進的電子器件能夠利用各種高亮度LED調整相關色溫（CCT），創建氛圍照明，設置區域照明。對于建筑照明應用，現在可以通過使用RGBW或RGB琥珀色（amber）高亮度LED創造出不同的顏色和洗墻效果（wallwashes）。LED調光技術包括0V至10V的傳統雙向可控硅（TRIAC）和脈寬調制（PWM）。數字可尋址照明接口即DALI等更先進的控制可以控制多達64個燈。人們也正在開發把燈整合在一起的有線和無線控制網絡，有效地控制校園或市政設施的照明。這種聯網的照明解決方案有助于大幅減少能源需求，是一個具有適應性和可擴展的平臺。
設計工具
隨著LED成為設計主要成本的組成部分，SSL解決方案也采用了大量電子組件。就像一個標準的電源設計，驅動LED就是在效率、體積和成本方面尋求一種折中。為了減少所需的LED數量，設計師通常會增加輸出電流，以試圖從每個LED獲得更多的光輸出。這種方法雖然有效，但會出現溫度較高的后果，這可能使光輸出、效率和整體燈泡壽命下降。除了LED驅動器和LED串的大小，一個良好的LED照明設計還要考慮所有這些因素。美國國家半導體公司開發的名為WEBENCH®LEDArchitect的工具，可以簡化LED照明設計過程，并能夠創建一個旨在實現理想流明輸出的完整設計。WEBENCH®LEDArchitect允許設計人員快速比較多個選項，包括不同的LED、散熱片和驅動器，同時優化功效、尺寸、壽命和成本。圖2顯示了2500流明設計相關的折中。
結論
由于較高的光輸出、較長的壽命、即將兌現的補貼，以及LED驅動器在功能方面的進展，LED正處在成為照明應用主流技術的風口浪尖上。作為一種電子組件，LED有助于實現遠遠超出傳統的墻壁開關的一個全新的控制方案和一套新的網絡功能，提供更高的能源效率，并為消費者提供更好的用戶體驗。能成為LED照明革命的一部分，這絕對是一個激動人心的時刻。
作者：美國國家半導體高級技術經理PreetSibia
作者簡介
PreetSibia是美國國家半導體的高級技術經理。他畢業于加州大學洛杉磯分校，持有電機和生物醫學工程學士學位。他的職業生涯的第一階段是從事應用工程師及顯示產品營銷經理。
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