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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(jiān)管呼喚采用高效照明，這使得HBLED（高亮度LED）成為了照明應(yīng)用的主力軍。隨著電子元器件進入一些非傳統(tǒng)應(yīng)用的新領(lǐng)域，我們?nèi)绾蔚竭_這個引爆點？LED驅(qū)動器市場的未來前景如何？LED在能效和環(huán)境安全方面的優(yōu)勢是導致客戶采用的兩個關(guān)鍵因素。LED發(fā)光效率及相關(guān)電子驅(qū)動器件正在朝更加智能的系統(tǒng)發(fā)展，為我們提供期望得到的光輸出，同時實現(xiàn)我們需要的功率和成本節(jié)約。美國國家半導體在LED驅(qū)動器產(chǎn)品和工具方面領(lǐng)先業(yè)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(fā)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(yè)化以來，至今的確發(fā)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(fā)明的白熾燈泡相同。為什么會搞砸一件好事呢？經(jīng)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(fā)光。美國能源情報署（EIA）2007年的研究發(fā)現(xiàn)，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％�？紤]到只有10％的能量會產(chǎn)生光，所消耗的其余電力都在產(chǎn)生熱量上浪費掉了。
21世紀，人們開始關(guān)注溫室氣體排放源、能源消耗及其對氣候的影響。有關(guān)低效能耗的分析令全球立法轉(zhuǎn)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(shù)則只損失一小部分熱量，顯然其它發(fā)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(lǐng)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(fā)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(shù)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(xiàn)有的燈座上。CFL的主要問題之一是，每個燈泡內(nèi)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(huán)境保護局網(wǎng)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(tài)照明（SSL）。目前，固態(tài)照明的效率幾乎與CFL一樣，我們也開始看到，隨著技術(shù)的不斷發(fā)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(yōu)勢也被低估了，它現(xiàn)在可以作為一個先進電子網(wǎng)絡(luò)的一部分來擴展照明，實現(xiàn)很多有趣的應(yīng)用。
LED開始啟動
LED已經(jīng)成為幾乎所有移動電話顯示器背光照明的主流技術(shù)，而現(xiàn)代電視也在使用LED照明�，F(xiàn)在，照明LED技術(shù)的采用像雨后春筍般出現(xiàn)，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(huán)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(yīng)用。產(chǎn)品數(shù)量方面的增加將使消費者和企業(yè)的成本繼續(xù)下降。
一個典型企業(yè)客戶的固態(tài)照明解決方案可以節(jié)約大約40％的電力成本，有助于進一步推動其他業(yè)務(wù)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(fā)出的光不太適用于夜間照明，并可能對駕駛者的反應(yīng)時間產(chǎn)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(yīng)時間。
美國國家半導體正在利用其HBLED驅(qū)動器的廣泛產(chǎn)品組合推動SSL的進步。這些產(chǎn)品支持各種LED配置和調(diào)光選擇，可以提高整體效率，簡化設(shè)計，降低系統(tǒng)BOM成本。完整的參考設(shè)計和設(shè)計工具也可以支持許多新型照明應(yīng)用，并最大限度地提高HBLED的功能，從而使制造商能夠?qū)⑺麄兊漠a(chǎn)品更快地推向市場。
向照明網(wǎng)絡(luò)演變
隨著SSL的采用，燈泡的功能也在發(fā)生變化。由于SSL燈泡是一種電子組件，制造商們開始集成環(huán)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(shè)備也正在進入新的網(wǎng)絡(luò)控制方式，正在開發(fā)的產(chǎn)品遠遠超出了傳統(tǒng)的墻壁開關(guān)。先進的電子器件能夠利用各種高亮度LED調(diào)整相關(guān)色溫（CCT），創(chuàng)建氛圍照明，設(shè)置區(qū)域照明。對于建筑照明應(yīng)用，現(xiàn)在可以通過使用RGBW或RGB琥珀色（amber）高亮度LED創(chuàng)造出不同的顏色和洗墻效果（wallwashes）。LED調(diào)光技術(shù)包括0V至10V的傳統(tǒng)雙向可控硅（TRIAC）和脈寬調(diào)制（PWM）。數(shù)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(fā)把燈整合在一起的有線和無線控制網(wǎng)絡(luò)，有效地控制校園或市政設(shè)施的照明。這種聯(lián)網(wǎng)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(yīng)性和可擴展的平臺。
設(shè)計工具
隨著LED成為設(shè)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(shè)計，驅(qū)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(shù)量，設(shè)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(xiàn)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(qū)動器和LED串的大小，一個良好的LED照明設(shè)計還要考慮所有這些因素。美國國家半導體公司開發(fā)的名為WEBENCH®LEDArchitect的工具，可以簡化LED照明設(shè)計過程，并能夠創(chuàng)建一個旨在實現(xiàn)理想流明輸出的完整設(shè)計。WEBENCH®LEDArchitect允許設(shè)計人員快速比較多個選項，包括不同的LED、散熱片和驅(qū)動器，同時優(yōu)化功效、尺寸、壽命和成本。圖2顯示了2500流明設(shè)計相關(guān)的折中。
結(jié)論
由于較高的光輸出、較長的壽命、即將兌現(xiàn)的補貼，以及LED驅(qū)動器在功能方面的進展，LED正處在成為照明應(yīng)用主流技術(shù)的風口浪尖上。作為一種電子組件，LED有助于實現(xiàn)遠遠超出傳統(tǒng)的墻壁開關(guān)的一個全新的控制方案和一套新的網(wǎng)絡(luò)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(shù)經(jīng)理PreetSibia
作者簡介
PreetSibia是美國國家半導體的高級技術(shù)經(jīng)理。他畢業(yè)于加州大學洛杉磯分校，持有電機和生物醫(yī)學工程學士學位。他的職業(yè)生涯的第一階段是從事應(yīng)用工程師及顯示產(chǎn)品營銷經(jīng)理。
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