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半导体

节能灯的发展:LED照明调光技术

随着全球工业的发展,在工业化过程中二氧化碳排放的大量增加,全球气候恶化,各地洪涝旱灾、冰雹雪灾时有创纪录之势,严重威胁着人类的生存。为共同应对威胁,2009年12月,各国首脑聚集哥本哈根,商讨节能减排大计,各地积极制定和推行低碳计划。作为绿色、环保节能的LED照明,越来越受各国青睐,中国的“十城万盏”,美国洛杉矶的“十四万盏计划”正如火如荼推行。而调光技术在LED照明中的成功应用将进一步提高节能减排的效果。


一、调光的必要性


电能作为一种绿色能源,在各国能源应用领域中占越来越大的比重。据中国工程院院士陈良惠调查得出结论,估计在2010年,全国的用电量将达2.7万亿度,其中照明用电量将超过3000亿度。因LED照明耗电仅为传统白炽灯和HID灯的1/3,若采用LED灯替换现有的传统灯具,将有望节省电能2/3.其节约能源的效果可见一斑。


调光技术的应用将进一步降低耗能,节省照明用电。目前,公共照明用电占整个照明领域三分之一,高达1000亿度。在国内,城市一般从傍晚5:30或6:00开始亮灯,然而小型城市在夜晚9点后、大中城市在午夜12点后,道路上路人稀少,即使在北京、上海及广州等繁华的都市,凌晨2、3点之后,道路上也罕见行人和车辆。从这一段时间开始至清晨6点路灯熄灭,在低交通流量的道路上仍保持较高的照度显然没有十分的必要。若能采用调光技术,使得LED路灯的输出功率在午夜12点后随着交通流量的减少而降低至一半,将节约用电高达500亿度,相当于节约了2009年三峡电站全年发电量的大约八分之五(三峡电站2009年发电798.5亿千瓦时),节能效果非常显着。


采用调光技术,降低输出功率,将显着改善LED灯具的工作环境,延长灯具寿命,提高可靠性。影响LED灯具可靠性的关键因素是温度。无论是LED驱动电源还是LED芯片,环境温度越高,其寿命和可靠性会急剧下降。图一为LED驱动电源寿命与温度关系,当环境温度为25℃时LED电源寿命高达320,000小时,而当温度上升至60℃时,LED电源的寿命将缩短至只有35,000小时。


LED驱动电源寿命与温度曲线


温度越高,LED芯片的光衰也明显加剧。如图二为Cree公司的LED光源光衰曲线。从图中可以看出,LED的光衰和它的结温有密切的关系,所谓结温就是半导体PN结的温度,结温越高,LED光源越早出现光衰,也就是寿命越短。从图上可以看出,假如结温为105℃,亮度降至70%%的LED光源寿命只有一万多小时;结温95℃时LED光源寿命就有2万小时;而结温降低到75℃,寿命就可长达到5万小时,65℃时寿命更可以延长至9万小时。综上所述,延长LED光源寿命的关键就是要降低结温。


Cree公司的LED的光衰曲线


采用调光技术,随着输出功率地降低,驱动电源自身损耗也将降低,其壳温也将同时下降。如图三所示200WLED驱动电源输出功率与外壳壳温曲线。当环境温度为25℃满载输出时,外壳温度为50℃,而采用调光技术控制输出只有50%%功率时,其外壳温度下降至40℃,寿命也将翻倍,可靠性可提高25%%-40%%。


  (责编:落雪)


 



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