高亮度LED產生新應用與新標準

　　隨著高亮度LED功率的增加，它們催生了很多新的應用，從建筑照明到醫(yī)療產品。能源之星照明標準正在逐步關注總體系統(tǒng)效率。

　　要點

　　總體照明系統(tǒng)效率包括電源轉換、電流調節(jié)以及HBLED(高亮度發(fā)光二極管)裝置本身的效率，而不只是HBLED片芯的效率。

　　HBLED照明系統(tǒng)現(xiàn)在的效率低于最高效的熒光燈。但HBLED將在三年內迎頭趕上。

　　HBLED的其它優(yōu)點有純凈光源、緊固性和調光控制能力，將幫助它們進入新型醫(yī)療與照明應用。

　　HBLED(高亮度發(fā)光二極管)的功率在不斷增加：例如，Cree公司現(xiàn)在提供88lm/W的器件，并且計劃在今年年底提供100lm/W的器件，五年內將出現(xiàn)150lm/W器件。作為獨立元件，HBLED效率高于白熾燈甚至熒光燈。但是，在系統(tǒng)級上，因為必須考慮它們帶來的功率損耗問題(包括AC/DC和DC/DC轉換與電流調節(jié))，它們的優(yōu)勢被削弱了。另外，LED照明裝置(或光源)會帶來損耗，LED組件本身亦有熱損耗。

　　美國DOE(能源部)最近完成了針對SSL(固態(tài)照明)光源的新的能源之星規(guī)范，這樣系統(tǒng)設計者可以對光源與裝置采用相同的比較數(shù)字。新規(guī)范不是著眼于HBLED在元件級上的發(fā)光效率，而是整體的光源效率。

　　電流驅動的LED光強直接與正向電流成正比。這些器件有與二極管相同的陡峭電壓/電流曲線，電壓上的小小變動會導致電流的一個相對較大的變化，亮度也產生變化，因此控制電流比控制電壓更重要。很多IC制造商(通常從事于電源控制器業(yè)務)都進入了LED驅動器電流調節(jié)市場。這些供應商包括：德州儀器公司、美國國家半導體公司、Intersil、Cypress、Maxim和LinearTechnology.

　　除了電流調節(jié)器以外，照明系統(tǒng)可能還必須帶有一個AC/DC轉換器，采用電池供電的系統(tǒng)可能還需要一個DC/DC升壓轉換器?？傊?，僅轉換方面，就可能損失10%~15%的系統(tǒng)功率。另外，由于反射和鏡頭損耗，設備中SSL的亮度損失可能高達一半。

　　能源之星SSL規(guī)范的標準將在2008年9月30日生效。該規(guī)范有兩個部分。CategoryA覆蓋今天現(xiàn)有的器件。它規(guī)定，一個符合CategoryA的嵌入發(fā)光設備(或“下射聚光燈”)必須為35lm/W.CategoryB將覆蓋三年內出現(xiàn)的高效SSL設備。那時，SSL能夠與今天采用傳統(tǒng)光源的最高效發(fā)光系統(tǒng)競爭。例如，現(xiàn)在最常見的高性能T8熒光燈和電子鎮(zhèn)流系統(tǒng)可以產生約100lm/W.這些熒光鎮(zhèn)流系統(tǒng)的高質量產品可以達到約70%的效率，獲得70lm/W的光源效率。而采用今天已商業(yè)化的SSL技術時，HBLED光源無法達到CategoryB級的最小發(fā)光效率。不過，LED技術正在快速發(fā)展，未來將可以滿足能源之星CategoryB的要求。但LED除了效率和長壽命以外還有其它優(yōu)勢，值得我們在獲得更高效率以前繼續(xù)跟蹤它的發(fā)展。例如，在熒光照明中，調光非常困難，而對LED不過是直接減小電流而已。另外，你可以用多個冷白色LED和暖白色LED陣列，動態(tài)地改變一個房間的顏色。預計SSL將在今后五年內成為家庭與工業(yè)照明的一種重要技術。

　　今天可用的多數(shù)HBLED都需要直流電壓和電流，因此，大多數(shù)SSL系統(tǒng)都含有轉換電路，將交流電源轉換為穩(wěn)壓的直流電源。不過，SeoulSemiconductor公司最近推出了AcricheHBLED,它可以直接用交流電源工作(圖1)，用一只表面組裝電阻設定輸入電壓，范圍從100V~110VAC和220V~230VAC.在片芯中，LED包含了多層LED半導體結。二極管結在總正向電壓接近于110V或220V的交流電壓時建立。這些器件有兩串背對背的LED.第一串導通，并在正半電壓周期內傳導，而第二個在另一串周期內導通，因此LED可在整個交流電壓周期內發(fā)光。直接采用交流工作簡化了電源轉換電路，增加了系統(tǒng)可靠性，并減少了設計時間。AcricheHBLED有兩種型號：用于100V/110V的AW3200和用于220V/230V的AW3220.兩種型號均具有59lm/W的效率，它低于直流供電的HBLED的發(fā)光，但也相差無幾。

　　隨著能量成本的持續(xù)上升，照明效率的重要性也日益增加。美國DOE估計，照明要消耗一座建筑20%的電力。然而，在發(fā)展中國家經常缺乏可靠的電力網(wǎng)絡，人們可以使用太陽能SSL為電池供電，從而獲得可靠的夜間照明。唯一的其它選擇是煤油燈，它既危險又昂貴。