開發高亮度LED照明應用必需克服技哪些術挑戰?
發布時間:2012-11-20 責任編輯:echotang
【導讀】:觀察全球19%電(dian)能(neng)耗(hao)用(yong)都(dou)是(shi)用(yong)於(yu)照(zhao)明(ming)應(ying)用(yong)中(zhong),若(ruo)可(ke)在(zai)日(ri)常(chang)照(zhao)明(ming)導(dao)入(ru)節(jie)能(neng)燈(deng)具(ju),對(dui)於(yu)全(quan)球(qiu)的(de)能(neng)源(yuan)消(xiao)耗(hao)可(ke)能(neng)產(chan)生(sheng)顯(xian)著(zhe)的(de)節(jie)約(yue)成(cheng)效(xiao),因(yin)此(ci),各(ge)國(guo)政(zheng)府(fu)為(wei)了(le)打(da)造(zao)更(geng)環(huan)保(bao)的(de)國(guo)家(jia)形(xing)象(xiang),也(ye)積(ji)極(ji)透(tou)過(guo)政(zheng)策(ce)、法規與產業輔導朝照明節能化應用方向發展,而利用原有的LED或是CCFL新式光源設計來取代傳統光源,進行日常照明應用,也成為照明產業重要發展趨勢。
LED發(fa)光(guang)效(xiao)能(neng)持(chi)續(xu)提(ti)升(sheng),為(wei)了(le)達(da)到(dao)高(gao)亮(liang)度(du)的(de)要(yao)求(qiu),也(ye)讓(rang)單(dan)一(yi)組(zu)件(jian)的(de)功(gong)率(lv)增(zeng)加(jia)不(bu)少(shao),尤(you)其(qi)是(shi)隨(sui)之(zhi)而(er)來(lai)的(de)運(yun)行(xing)高(gao)熱(re)狀(zhuang)況(kuang),很(hen)可(ke)能(neng)就(jiu)因(yin)為(wei)高(gao)熱(re)問(wen)題(ti),使(shi)組(zu)件(jian)的(de)光(guang)衰(shuai)或(huo)壽(shou)命(ming)相(xiang)對(dui)減(jian)低(di),而(er)在(zai)組(zu)件(jian)方(fang)麵(mian)若(ruo)能(neng)在(zai)前(qian)段(duan)製(zhi)程(cheng)就(jiu)考(kao)慮(lv)散(san)熱(re)需(xu)求(qiu),要(yao)比(bi)從(cong)外(wai)在(zai)條(tiao)件(jian)進(jin)行(xing)散(san)熱(re)設(she)計(ji)要(yao)來(lai)得(de)更(geng)有(you)效(xiao)率(lv),也(ye)能(neng)可(ke)持(chi)續(xu)發(fa)展(zhan)更(geng)高(gao)功(gong)率(lv)、高亮度的LED組件因應日常照明應用。
這幾年下來,環保議題持續升溫,讓各種用電的現況出現極大的改變,終端電器就有多項極大的變革,像是CRT電視被LCDTV取代,甚至是大量耗能的白熾燈,也成為各國相繼禁用的光源。
因為觀察全球19%電(dian)能(neng)耗(hao)用(yong)都(dou)是(shi)用(yong)於(yu)照(zhao)明(ming)應(ying)用(yong)中(zhong),若(ruo)可(ke)在(zai)日(ri)常(chang)照(zhao)明(ming)導(dao)入(ru)節(jie)能(neng)燈(deng)具(ju),對(dui)於(yu)全(quan)球(qiu)的(de)能(neng)源(yuan)消(xiao)耗(hao)可(ke)能(neng)產(chan)生(sheng)顯(xian)著(zhe)的(de)節(jie)約(yue)成(cheng)效(xiao),因(yin)此(ci),各(ge)國(guo)政(zheng)府(fu)為(wei)了(le)打(da)造(zao)更(geng)環(huan)保(bao)的(de)國(guo)家(jia)形(xing)象(xiang),也(ye)積(ji)極(ji)透(tou)過(guo)政(zheng)策(ce)、法規與產業輔導朝照明節能化應用方向發展,而利用原有的LED或是CCFL新式光源設計來取代傳統光源,進行日常照明應用,也成為照明產業的重要發展趨勢。
傳統光源應用現況
多數實際應用場合中,仍須大量的高效能、高亮度光源,例如,路燈、賣場照明、商店照明等,需高效能、高亮度的燈具設施,大多采高強度的氣體放電式燈具(High-intensitydischarge;HID)或鹵素燈,以達到高亮度、高照度的應用需求;而在賣場、店家的長時間需求,多半選用熒光燈管(CompactFluorescentLamp;CFL);住宅多仍大量使用白熾燈、熒光燈(CFL),或以省電訴求的新式省電燈泡。在眾多實際應用場合中,耗能最高、效率最差的光源應以白熾燈為主,因為應用時會讓大量電能轉換成無用的熱,也會讓燈具壽命因此降低。
以具體光源應用觀察,日常照明市場所涵蓋應用領域相當廣,包含建築物照明、標誌、景觀照明、零售、信號燈、街道照明和住宅照明等。若要討論節能的效益,就必需針對現有的燈具提出科學化的×估的方法,例如以輸入功率比與實際輸出流明進行效能衡量,目前也多實行每瓦流明數進行×估基準(或能源效率efficacy)×估。
不同照明方案能源效率差距大
以現有照明應用觀察,白熾燈照明方案能源效率最差,用60W白熾燈進行照名實,能源效率約為10lm/W,相較CFL熒光燈具的能源效率就可達50lm/W。一支100WHID可具有80lm/W,相當於產生8,000流明亮度。
LED光源效能與實用性大幅提升
LED的特質在於本身就是1個電子零組件,與氣體放電式的HID燈具、CFLyingguangdengjuzheleiguangyuan,bixuyibolirongqineizhigaoyaqitidetijixiangduigengxiao,buxuneitianyouduyuansu,zujianbenshenjiusheyoujinshujiedian,bingkehanjieanzhuangzairenyibiaomianshang,bianlixingxiangdanggao。
LED具備未來光源多項優勢,其中節能效益是最受業者關注的重點。
以往LED因當時技術受限,在亮度無法有效提升,多用於指示性用途的輔助光源,但現在以白光LED為例子,製作方式早已大幅改善,例如,透過高效能藍光LED鍍磷產生近似白光的發光效果,同時大幅提升單一組件的亮度輸出,目前白光LED在能源效率已有大幅進展,色溫表現4,500~6,000k下,在實驗室的測試數據已可達到超越200lm/W的高效能表現。
LED屬於固態光源組件,在組件的硬度、強度較高,不會如同傳統光源因為主要由玻璃製成,會出現怕摔、不耐撞擊問題,也可搭配不同熒光粉設計或搭配構型設計,產製各種不同特性的光源效果,整體組件亦不含汞,同時具備超過50,000小時壽命周期,LED壽命較僅能運作1,000小時的白熾燈要高更多。
導入生活應用仍有關鍵問題待克服
由於LED在原器件的物理特性差異,製作光源係統的觀念則與傳統設計大不相同,需要有更多方麵的技術與專業輔助。LED燈泡型設計在空間相對緊湊,如何做到相關電路整合,必需靠整合芯片達成設計目標。
1、光學設計
LEDguangyuanshuyugaoxiaolvdedianguangyuan,zhezhongguoyujizhongdeguangyuan,zaichuantongyingyonghuiyouxiangdangduodewenti,liru,ruodangtaidengyonghuizaochengjinjulideguangxingbugouyuncheng,jibianLED具備寬廣的色彩調控彈性,能源效率表現也相當不錯,但在生活用照明應用時就會影響使用觀感,點光源必須透過光學透鏡或機構設計(透鏡、導光素材)來產生近似傳統燈具的光型表現,會增加燈具成本,在緊湊的構型設計中較難突破光學的物理特性。
2、散熱設計
同樣的,延續LED組zu件jian本ben身shen是shi點dian光guang源yuan的de限xian製zhi,組zu件jian在zai發fa光guang時shi產chan生sheng的de溫wen度du會hui過guo度du集ji中zhong在zai單dan點dian之zhi上shang,若ruo沒mei有you效xiao處chu理li散san熱re,會hui致zhi使shi組zu件jian出chu現xian燒shao融rong,甚shen至zhi縮suo短duan使shi用yong壽shou命ming!除(chu)了(le)組(zu)件(jian)本(ben)身(shen)需(xu)針(zhen)對(dui)散(san)熱(re)強(qiang)化(hua)設(she)計(ji),例(li)如(ru),透(tou)過(guo)芯(xin)片(pian)打(da)金(jin)線(xian)或(huo)是(shi)載(zai)板(ban)的(de)設(she)計(ji)技(ji)術(shu)進(jin)行(xing)改(gai)善(shan),達(da)到(dao)自(zi)體(ti)散(san)熱(re)設(she)計(ji),即(ji)便(bian)如(ru)此(ci),熱(re)源(yuan)仍(reng)會(hui)出(chu)現(xian)有(you)過(guo)度(du)集(ji)中(zhong)在(zai)燈(deng)具(ju)點(dian)狀(zhuang)位(wei)置(zhi)的(de)狀(zhuang)況(kuang),如(ru)何(he)透(tou)過(guo)外(wai)部(bu)組(zu)件(jian)的(de)主(zhu)動(dong)散(san)熱(re)與(yu)被(bei)動(dong)散(san)熱(re)設(she)計(ji),去(qu)改(gai)善(shan)結(jie)點(dian)溫(wen)度(du)控(kong)製(zhi)的(de)處(chu)理(li)能(neng)力(li),這(zhe)就(jiu)成(cheng)為(wei)相(xiang)關(guan)燈(deng)具(ju)設(she)計(ji)的(de)技(ji)術(shu)差(cha)距(ju)。
3、驅動與控製電路設計
實際應用時,LED驅動發光仍需要大量電子電路進行輔助,才能達到高效率的目的,但對於一般白熾燈的調光設計,如果也想在新式LED光源上實現,這就必須透過DC直(zhi)流(liu)供(gong)電(dian)控(kong)製(zhi)進(jin)行(xing)供(gong)電(dian)調(tiao)整(zheng),這(zhe)時(shi)若(ruo)同(tong)時(shi)考(kao)慮(lv)能(neng)耗(hao)與(yu)用(yong)電(dian)效(xiao)率(lv),會(hui)讓(rang)驅(qu)動(dong)的(de)電(dian)子(zi)電(dian)路(lu)複(fu)雜(za)度(du)大(da)幅(fu)提(ti)升(sheng),就(jiu)的(de)設(she)計(ji)很(hen)采(cai)取(qu)大(da)量(liang)獨(du)立(li)組(zu)件(jian)造(zao)成(cheng)係(xi)統(tong)的(de)離(li)散(san)設(she)計(ji)問(wen)題(ti),讓(rang)整(zheng)體(ti)省(sheng)下(xia)來(lai)的(de)電(dian)能(neng)反(fan)倒(dao)在(zai)相(xiang)關(guan)電(dian)路(lu)被(bei)消(xiao)耗(hao)掉(diao)了(le)。
目前已有組件廠商采取單芯片的可調光控製IC設she計ji,讓rang燈deng具ju業ye者zhe不bu用yong重zhong新xin開kai發fa不bu同tong燈deng具ju的de配pei合he電dian路lu,運yun用yong現xian成cheng的de解jie決jue方fang案an就jiu能neng達da到dao兼jian具ju對dui比bi舊jiu式shi光guang源yuan的de操cao作zuo體ti驗yan,也ye可ke達da到dao更geng高gao效xiao能neng的de節jie能neng效xiao益yi。
E27型式的LED節能燈泡,功耗僅6瓦。
4、電源轉換電路設計
LED一般都使采取DC直流驅動,但ACLED在實際應用場合,有更多的應用彈性與優勢,因此也是發展LED光源相當重要的一大趨勢!尤其是一般生活電力來源均為AC電力,若要快速讓LED光源普及於生活應用,發展AC設計的LED產品,是相關應用快速成長的應用關鍵。
- 噪聲中提取真值!瑞盟科技推出MSA2240電流檢測芯片賦能多元高端測量場景
- 10MHz高頻運行!氮矽科技發布集成驅動GaN芯片,助力電源能效再攀新高
- 失真度僅0.002%!力芯微推出超低內阻、超低失真4PST模擬開關
- 一“芯”雙電!聖邦微電子發布雙輸出電源芯片,簡化AFE與音頻設計
- 一機適配萬端:金升陽推出1200W可編程電源,賦能高端裝備製造
- 貿澤EIT係列新一期,探索AI如何重塑日常科技與用戶體驗
- 算力爆發遇上電源革新,大聯大世平集團攜手晶豐明源線上研討會解鎖應用落地
- 創新不止,創芯不已:第六屆ICDIA創芯展8月南京盛大啟幕!
- AI時代,為什麼存儲基礎設施的可靠性決定數據中心的經濟效益
- 築基AI4S:摩爾線程全功能GPU加速中國生命科學自主生態
- 車規與基於V2X的車輛協同主動避撞技術展望
- 數字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰
- 汽車模塊拋負載的解決方案
- 車用連接器的安全創新應用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall



