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LED电源不但为了基于装潢美化环境的需求

2018年09月27日 14:03:27 发布

有效利用覆晶将磊晶的热传导出来。 另也有一种方式,LED驱动电源   系统层级的生态设计须面面俱到   就生态设计(Ecodesign)而言,对于特定的应用,延长使用寿命永远是人们所希望的,因为它与生态衝击(Ecological Impact)直接相关。
有效利用覆晶将磊晶的热传导出来。


另也有一种方式,LED驱动电源

  系统层级的生态设计须面面俱到

  就生态设计(Ecodesign)而言,对于特定的应用,延长使用寿命永远是人们所希望的,因为它与生态衝击(Ecological Impact)直接相关。此不像想像的那么容易,因为创新永不停止,新标準和新应用的可能性须被纳入考量,且须要实现新功能。重要的是不要仅执行最低标準,还要建立预载有各种新功能、同时能带来一定弹性的更佳产品。美国太空总署的「火星漫游车(Mars Rover)」就是一个很好的例子,大量的技术支援帮助这项计画的导入,并使计画启动时间大幅提前。

  除了弹性之外,让LED具有如此长寿命的可能性亦至关重要,对此,有叁类影响须要考虑:快速变化的影响(如接通电流)、缓慢变化的影响(如漂移)及外部影响。

  对于所有应用而言,导通电流是一种重要的应力。电源中的大型匯流排电容正是有可能造成此种应力的主因。此外,开启电源时的不明确状态可能给应用带来应力。为避免这些状况,应该在整个设计阶段使用失效模式与影响分析(FMEA)来对电路效能进行仔细的分析。在完成的应用设计中,还须要检验导通和关断过程中的电流和温度,在设计阶段,可能因此两点未被注意,结果往往导致在后期造成现场故障。

  图1显示由导通电流引起的某电源输入桥式整流器的温度变化,此时虽然其他元件处于冷状态,但整流器的温度却明显升高,可能影响产品使用寿命。许多二、叁十年前开发的应用採用能避免漂移所引发故障的电路技术,由于后来使用的众多元件具有较大的公差水平和更大的漂移,所以开发对元件特性依赖较少的电路。为延长一项应用产品的使用寿命,许多这类技术不在现今生态设计的考虑之列,如此便增加电路设计的复杂性,使得元件数目增加。电子线路的环保影响通常低于工作能耗所引起的影响,所延长的使用寿命可弥补增加的复杂性。


  图1 导通电流引起的电源输入桥式整流器温度变化

  功率电子是所有应用和产品的一个重要部分,尤其是在生态设计的考虑之中,因为子系统透过效率等特性影响到环保效能,如较低的效率意味着应用产品须採用较大的散热片,从而在生产和应用过程中消耗更多能量,并须使用更多的能量进行运输和回收。因此,建议设计人员能够考虑到最高效率和较大的输入电压範围的运用,以便减少元件的数量,获得最大的灵活性,因为此部分日后无法进行更动,如利用软体修改。

  在照明应用中,使用LED解决方案是大势所趋。除具有更高的效率之外,LED本身亦具有很长的使用寿命,LED驱动电子装置在设计上应该尽量利用LED的长效使用寿命。图2为此种照明方案的示意图。


  图2 LED照明方案示意图

  路灯照明是这类照明方案的一个特殊实例,没有任何其他照明应用结合多元化的要求,如温度、湿度、振动等不断变化的环境因素,以及高效率、高可靠性和低耗电量需求,都在照明解决方案的考虑因素之内,同时亦要考虑大量生产和承受相对应的价格压力。随着灯泡功耗的变化,温度会从-40℃变为85℃,导致温度大幅上升。重点是必须注意到,每个(每日)导通週期会引发一次温度週期,此意味着在系统层面上,5年中灯泡会有接近两千次温度週期,为系统带来很大的应力。

  由于路灯照明的成本是城镇预算的一个重要部分,人们特别关注高效率的能力,以期帮助降低路灯的运作成本。目标是使用最少的电能来提供街道或人行道所需足够的亮度,这当中还不包括后续的维护成本,若使用寿命较短的灯泡,其维护成本也会更加可观。粗略估计一定人口使用路灯数量的方法,是按照每六个居民一盏路灯的比例来计算,按照这样的比例,德国大约有一千叁百叁十万盏路灯,节能潜力非常惊人。因此,许多城市和社区转而使用这些新型LED照明方案也就不足为奇,部分更换整个灯泡,或者更换灯头。

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  • 第 1 页:如何善用感测器技术保证LED照明的环保优势
  • 第 2 页:路灯预防性维护至关重要
反而是追求整体性价比提升,

  光二极管(LED)稳坐次世代光源主流宝座已无庸置疑,LED在照明除能取代原有照明光源,更有机会发展广泛多元的创新应用,但亦同时伴随在模组、电源设计、安装场所与散热、寿命等必须克服的新挑战。面对LED在照明应用的无限曙光,本文将分享在众多测试案例中的发现,提醒业者必须投入更多的关注在这些安全挑战,才有机会取得竞争地位。

  高功率LED灯具散热挑战重重

  随着LED封装技术改进,LED业者亟欲突破亮度障碍,取代高亮度的高强度放电灯源(HID)或白炽灯。

  LED虽然具有冷光与相对高效率的优势,但与一般传统光源的光热传导途径比较之下,白炽灯的热产生在光传递路径上;LED光源的热则集中在于光传递路径的反侧,在能量守恆定律下,LED的散热设计逐渐变为不可忽视的问题。

  举例来说,作为舞台投射用途的灯源,无论是电灯或白炽灯,至少要达到200瓦以上,换言之,LED光源虽然仅须约60%的耗电量就能够得到与传统光源相同的亮度,但在过程中,80%的能量却是转换为灯具内部的热源,长久积聚不散的热,将会造成以下几点重要问题:

  ?LED光效率降低

  LED的光来自于半导体中,电子电洞结合过程所产生的光能,因此当周围环境温度升高时,电子与电洞的结构容易因为塬子本身的震动增加,而受到阻碍或是破坏,因此会造成LED光强度的降低。

  ?绝缘的破坏

  当LED灯具因散热设计不佳而造成环境温度上升时,作为安全最后一道防线的绝缘聚合物材料,亦受到热劣化的挑战。

  一般具有热塑性的聚合物材料,并非处于完全聚合的情况,高温与溼气的环境会促进聚合反应产生逆向反应(也就是裂解)的进行,除会产生变形外,也会产生特性的变化,甚至会产生氧化的问题,绝缘特性也因此受到破坏。

  以上例来说,在无散热的情况下,100瓦的热积聚,在一小时内就能够将一公升的水加热至近100度,因此高功率LED灯具的挑战,不仅在于将热由LED光源移出,也必须要从灯具移出(图1),否则长期使用后,不仅是照明效率会下降,灯具本身也是安全堪虑。


  图1 LED灯泡须要具备散热设计

  除应用在路灯以外,景观、号誌、标示用照明也是LED的激烈战场。

  室外用LED灯具的水气与紫外线考验加剧

  LED的可调色性是其他光源无法企及的优势,因此受到建筑与设计师的青睐,使用LED灯俨然成为城市先进的象徵。

  可程式化的显示方式,除作为号誌灯的读秒外,更是户外资讯看板的不二选择,儘管受到城市光害的质疑,仍几乎无所不在的应用于大型LED显示屏幕,虽然所费不赀,尺寸却是越来越大。放在室外的LED灯具,相对于室内用灯具,散热环境虽然相对较好,但是水气与紫外线的影响却是额外的考验。

  ?水气造成的功能危害

  水气的积聚,对电子商品功能最大的问题就是造成电路短路与产品生锈。虽然纯水导电度低,但只要加上电解质,导电度就会上升,容易造成短路现象。刚开始短路现象会随水受热蒸发而停止,长久下来,累积在导体上的电解质加上通电时的热作用,就可能破坏绝缘材料,导致永久的短路现象或是迴路的锈蚀。

  裸露的金属材料如銲点或螺丝、端子也会受到水气的影响产生生锈的情况。一旦发生锈蚀,电阻会提高,或者膨胀的导体也可能彼此连接产生短路,造成安全的危险(图2)。另外有些聚合物材料是透过脱水聚合而成,水气的存在会促使聚合物分解反应的进行,造成聚合物材料的破坏。


  图2 进行耐环境污染绝缘性的UL 746A漏电指数测试(CTI)样品

  ?紫外线对外壳材料的破坏

  阳光含有高能量的紫外光,除会晒伤皮肤外,也足够裂解大多数的聚合物材料,UL研究发现,只要将近1,000小时的连续高强度曝晒,就可能导致材料的机械强度产生足够危险的衰煺,以及劣化材料的耐燃性。

  下雨天的号誌灯老是故障,户外的LED大型显示幕也往往在阴雨天时出现白线,其实很多时候就是水气的杰作(表1)。


  大多数设计都是希望透过密封而达到防水的目的,然而,除一体成型的密封外,大多数组装式的密封都会因为持续的热涨冷缩,导致水气因而藉由毛细现象能够渗入到机壳内部,逐渐累积,因此若能採用耐水性的电路材质,加上排水、通风与乾燥的设计,才可防止因为水气累积所造成的问题。

  至于长久浸泡于水中的灯具,因受到环境温度变化较小,加上水压的帮助,同时可减少紫外线的吸收,密封较易达成,只要採用对水气不敏感的聚合物材料与金属材质,反而相对比较容易维持低水气的状态。

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  • 第 1 页:如何执行提高LED照明开发难度的灯具设计
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较偏好选用高顺向电压、低顺向电流的中低功率LED光源。


除选用适当的LED光源之外,目前,但质量远不如科锐。


其次,

  数字控制灵活性使OEM只要设计一种控制器,就可以驱动各种最终产品,提升设计灵活性,为灯光装置带来新的智能与差异化。

  随着照明业转向LED技术, 也增加了对更智能控制器与驱动器的需求。LED的高效运行可以有效抑制家庭与单位上涨的电费支出。很多应用需要提供恒定不变的照明质量,同时支持先进的控制功能,如调光、色温均衡,以及精确混色等。应用的自诊断可以减少对技术人员的需求,从而降低维护费用,远程连接也成为这些应用的一种常规要求。

  LED照明应用中加入智能可能需要从固定功能的LED驱动器转向基于微控制器或可编程架构。专用的功率电子微控制器还能够在照明控制与通信以外控制照明电源,从而使照明应用拥有更高效率和更具性价比。向数字控制的转化提升了灵活性,可以使照明产品达到新的智能与差异化水平。

  获得智能平台

  照明行业正在快速地利用LED技术的很多优点(见附文“LED的优点”)。不过,LED应用对于所需要支持的能力有着很大的差异。

  家居应用包括灯泡替换、重点照明, 以及小型室外照明。通常情况下,只需要点亮少数LED,一般是一串至两串。鉴于这个市场存在着低成本压力,一般不常用到先进的控制功能。

  商务应用包括荧光镇流器、灯泡替换,以及重点照明。只需要点亮少数LED,一般是一串至两串。虽然关注成本,但这个市场也注重节能。较高端应用需要远程连接能力,以及某些控制器智能。

  娱乐应用包括高端显示屏和情境照明。对光强度的完全控制以及始终如一的彩色质量是基本需求,另外还要有远程连接,以及支持业界标准协议,如DALI(可数字寻址照明接口)和DMX512.

  室外与基础设施应用包括街道照明以及工厂和大型办公楼的照明。通常需要大量LED,必须支持很多灯串;高亮度LED也很常用。这些应用需要远程连接能力,以及高水平的控制器智能。

  基于LED 的最简单照明系统是使用一个LED驱动器,通常是一个固定功能的设备,它提供一种简单直接的低成本控制方法。一般来说,它们有不错的功率效率,不需要软件编程。开发人员顶多是在选择驱动器或决定电路板上元件的具体数值时要做一些计算。

  虽然使用简单明确,但很多LED驱动器缺乏更先进系统的充分灵活性。要在某个给定应用中支持多种LED类型或LED串结构,就可能需要不同的方案。事实上,系统中的任何修改都可能需要改动驱动器,如一串中LED数量变化,或一个装置中LED串数的变化等。因此,一家OEM提供的多数照明产品都可能需要专门的模拟驱动器。如果产品数量众多,这种要求会增加OEM或供应商的库存品种种类,可能降低规模经济性,或导致更高的设备成本。

  另一方面,智能控制器则使开发者能够创造出更灵活的照明系统。在采用微控制器的系统中,可以通过配置代码来支持各种不同类型的LED、专有的功率级需求、不同的串长度,以及不同的串数,而无需对硬件做大的改动。系统可以设计成能自动检测需要驱动的LED数量。微控制器系统的可编程特性甚至能够实现高级的调光和定时功能,用于更高级的照明场景控制与自动照度水平。

  数字控制的灵活性使OEM只要设计一种控制器,就可以驱动各种最终产品。重新使用控制IP还可以大大降低设计投入。一只灵活的控制器可减少需要库存的器件数量,通过规模经济性而降低总的系统成本。

  用数字控制的集成

  一个智能LED照明系统的基本架构包括三个主要部分:功率转换、LED控制和通信(图1)。


  功率转换级为LED提供正确的电压与电流。开始是AC/DC整流,然后是一个PFC(功率因数校正)级,再后面是一个或多个并联的DC/DC转换级。高能效的功率转换要求对这些级进行精确和灵活的控制。

  主级的每个部分都需要一个智能控制器, 以维持其效率及功能。固定功能的模拟方案可能需要独立的PFC、DC/DC、LED和通信控制器。而专用的功率电子微控制器可以实现高度的集成,减少了电源的元件数量。事实上,单只微控制器有足够的性能、功率优化外设及通信端口,可以提供一个中心化的可编程平台,从而协调地控制一个智能照明系统的所有三个级,处理有关电源、LED照明控制与通信的任务。

  数字功率控制也有可能使动态系统实现更高的转换效率。虽然LED较传统光源效率有明显的提升,从而相应地降低了使用与电费成本,但并非所有LED系统都是相同的。数字电源控制可以在LED照明系统做调光、改变颜色输出,或调整光强输出时,让功率级获得更高效率。同样,在固定照明条件下,微控制器可以通过更先进的功率级设计,增加运行效率。这种效率增长对最终用户很有吸引力,可以成为两种LED系统相互比拼时的一个关键差异点。

  假设一个城市打算更换2000 盏街灯, 正在评估两种模型, 相互之间效率有10%的差值(图2)。对高效率系统来说, 进入系统的输入功率为178W,而低效率系统需要200W才能获得相同效果的160W光输出。这样单是电源本身的功率, 转换成每年能源成本, 大约能多节省10 % ,本例中就是33,726美元。节省余额超过采用LED系统的节省。


  智能的好处

  对于很多应用来说(包括商业显示屏与娱乐照明),发光的质量很重要。此时,质量是指输出稳定光强与颜色的能力。影响LED性能有三大主要因素:制造差异、温度和老化。

  不同批次的LED 输出可能有很大变化;采用同一产品线但不同批次LED的器件,可能发光质量也不同,就是因为存在制造差异。在单台设备上使用相同批次的LED,就可以保持质量的一致性,如果不能做到这点,不同批次LED做的设备相邻安装时,其发光质量就能产生可察觉(以及不可接受)的差异。有了智能控制器,系统可以对任何差异做校准补偿。由于这一工作是软件完成,因此,如果需要产品的一致性,可以在设备制造期间完成校准工艺。

  随着环境温度的变化,LED的输出也会改变。为补偿这个效应,系统需要用一只传感器检测环境的温度。微控制器读出传感器数据,相应地调节LED驱动,动态地校准颜色和光强度。由于温度只需要定期检查,所以这个工作的负荷不高。这也能让系统监控自己本身的安全状况。例如当LED温度超过了一个规定阈值时,照明控制器可以降低光强,或关掉某个LED串,并远程通知工作人员。极端温度会使LED过早老化,使其光输出降级。确保LED不超过某个温度,可以延长其使用寿命。

  LED的老化会影响发光质量,造成颜色的变化。例如,红色LED要比蓝色LED老化得更快,某个确定功率输出或PWM频率产生的颜色会随时间而漂移。智能控制器可以考虑到老化情况,校正颜色曲线,从而在LED系统的整个生命周期内维持一致的发光。

  用于质量管控的同种技术还可以提高安全性和效率,可以调节发光强度以配合当前的环境光,例如在暴风雨的天气,街灯可能提前开启,或当有充足的环境光时,可以调低亮度以节省能耗。交通灯或特殊街灯上的传感器可以监控深夜的交通状况,如果车流变多,可以提高街面照明亮度。

  在仓库里,工人可能会零散地使用不同的空间。通过室内感应传感器,能够只对正在使用的部分照明。如果在任何时间,只用到车间的50%面积,则其余的灯可以关闭,节省一半能耗。

  同样考虑图2中的街灯例子。在深夜里,很多街灯可以比全亮时调暗,因为交通流量下降。如果运动传感器之间有通信网络,街灯就可以动态地开关,以适应车流的需求。为获得更高效率,图2中显示的178W输入系统可关闭25%的灯,相应节省25%的能耗,相当于每年68,218美元,以下面几个式子计算:1,819,160kWhr/ 年×75% / 夜晚工作时间=1,364,370kWhr/年1,364,370kWh r/年×0.15美元/kWhr=204,656美元每年费用272,874美元初始的年费用减去204,656美元修正后年费用=68,218美元每年节约将电源效率的节省数与智能工作的节省数相加,每年可节约101,944美元,约占系统的大约33%.

  远程连接

  远程连接是智能照明系统的一个关键性能。智能设备可以自动管理自己的运行,提升效率与质量。但除非设备可以与中心控制器通信,否则这种智能必须预先编写好,并且只有单台设备可以获得最高效率。

  通过将照明系统中的各个部件连网,开发人员可以协调整体装置中各设备的运行。这样做能实现一种全新的功能,包括远程调光、远程关机与紧急控制。操作者可以从一个中心控制位置调节整个光组的照明强度,而不需要单独调节每盏灯。

  为获得最多功能,每个部件都必须既能接收信息,也能将信息发回给操作者。这样,街灯可以做简单的自我诊断,以判断是LED烧坏,还是性能低于了一个最小品质阈值,然后告知操作员做必要的维护。这样,就不需要让技工去做定期维护来确保设备正常工作,操作人员可以远程做出检查,只有当问题严重到一定程度时,才派技工去。这种远程监控与LED的长工作寿命相结合,可以大大节省维护成本,增加运行的安全性,因为可以立即判断出故障。

  远程控制还能实现其它先进功能,这些功能对工作效率和成本有明显的影响,能够动态地控制灯光,以及将多处照明点连网到某处的一个控制点,这个控制点也许与实际灯光位置距离遥远。例如,街灯可能需要按照夏令时做出调整,此时不需要派技工去每个控制箱,照明系统操作人员可以在系统中修改所有灯光的时间表。操作人员还可以轻易地在时间表中实现临时改变,例如在晚场结束的运动会后提供道路灯光照明,或者在繁忙季节中保持工厂照明等。远程控制还能在紧急状况下直接控制灯光,从而提高安全性。

  商用与工业中的智能照明还有一个更有益的功能,这就是精确地跟踪功耗情况。例如,过去街灯的支付费率是固定不变的,而有了智能灯光控制器,市政操作人员就可以跟踪实际功耗,将数据发至一个中心控制点,确保该市支付的电费不超过实际金额。

  对实际使用情况的数据记录能让操作人员精确地调节自己的运行成本规划、维护资源以及未来投入。它还能够实现更先进的前瞻性诊断。动态高能耗或需要大量更换灯泡,这些问题如果能提早告知操作人员,就可以在它们推高运行与维护成本以前,尽快加以处理。

  连接能力也是很多照明系统的基础, 尤其是娱乐应用。这个市场中已有了很多通信标准, 包括DALI、DMX512和KNX,而支持这些协议的设备就拥有了一种竞争优势。

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  • 第 1 页:加强LED智能化,改善其发光质量、效率与成本
  • 第 2 页:电力线通信
而且还容易使电流分布均匀化。元件电阻及热阻越小,中艾电源一些拥有核心专利技术的深圳本地优势LED企业将获益。


深圳市科技创新委员会主任陆健透露,

  对于一家高端设备企业而言,设备只是一个产品,更重要的是如何将它推向市场,以及客户能否稳定使用。

  “持续的技术提升和客户服务,需要很长的时间做支持。首先自己需要很长的时间去做工艺测试,自己稳定以后才能推向市场。”近日,北方微电子总裁赵晋荣在接受专访时表示,国产MOCVD真正成功,并走向市场化,至少需要3年时间。

  我们来看一组数据:2 家国际巨头Aixtron和Veeco,占据全球MOCVD市场近90%的份额,2 011年取得近100亿元的营收。高工LED产业研究所(GLII)统计数据显示,2 011年中国市场新增483台MOCVD,这几乎全部来自上述两家巨头,预计2012年国内将再新增MOCVD250台,而这也将主要依靠国外进口。

  或许是垂涎高端设备的暴利,从2011年开始,包括广东昭信、思捷爱普、理想新能源、中科宏微、青岛杰森等企业纷纷推出国产MOCVD,中科院西安光学精密机械研究所、南昌大学材料科学研究所等研究机构也适时发布了MOCVD研发计划书。一时间,国内出现了一股国产MOCVD研发热潮。

  显然,与过去几次国产MOCVD热潮不同的是,参与企业的目的更为贴近市场。一方面,设备的功能更加符合当前市场的主流,另一方面,国内已经有外延企业开始在试用一些厂商的设备。

  Aixtron和Veeco在MOCVD市场所创造的神话,正在被国内设备厂商所效仿。

  “国际厂商的设备虽然技术有优势,但是受限于地域因素,服务有待提升。而这对于国产MOCVD设备厂商而言都是机遇,更重要的是国产设备具有价格优势。”北方微电子副总裁刘韶华表示。

  “目前大部分国产MOCVD还处于调试期。”高工LED产业研究所研究总监张宏标表示,真正意义上可用的量产型的产品都还没出来。记者调查了解到,对于能否成功推向市场,几家设备厂商都没有给出肯定的答复。其实不单单是存在诸多技术问题,对于后续如何推广国产MOCVD,尽快实现市场化,却是存在重重阻力。

  潜在竞赛氛围浓

  当数十家企业投入研发MOCVD时,万万没想到,如今它们所面临的竞争对手除了两家国际巨头,还有美国应用材料、日本大阳日酸、韩国周星等国外企业,更有包括天龙光电这样的上市公司。

  近日,科技部发布的《半导体照明产业“十二五”规划》中提出,到2015年,大型MOCVD装备、关键原材料将实现国产化。

  这对于正在研发MOCVD的国内企业而言,无疑是一个利好消息。

  高工LED产业研究所(GLII)统计数据显示,截至2011年底,国内有17家企业正在研发MOCVD,并且部分企业已经有了一定进展。

  记者了解到,目前北京思捷爱普的MOCVD已经在乾照光电进行试用。

  今年初,天龙光电首台MOCVD设备也已经完成中试安装和调试,多项专有技术均已实施于该中试设备,将于近期举行下线仪式。按计划,2013年2月前将有MOCVD设备进入下游客户装机。

  5月,由理想新能源设备(上海)有限公司承担的北京市科委2010年度重大科技攻关项目“MOCVD生产性样机研制”通过验收。理想新能源通过2年攻关,成功开发出具有自主知识产权的MOCVD反应腔,在多项关键设备技术和工艺技术上取得重要突破。

  恒泰证券投资经理管宣表示,对于这些高端设备,从性能上来讲,如果国产MOCVD能够达到两家国际巨头的水平,那么投资就是有价值的。

  理想新能源一位高层表示,Aixtron和Veeco仍在快速发展。我们希望国产MOCVD能够迅速发展,但目前公司在技术层面仍有很多需要提升的地方。

  尽管国产MOCVD已经成为投资者关注的焦点,但后续市场化之路显然并不那么容易。

  赵晋荣认为,MOCVD国产化之路难在两个方面,第一,一家企业绝对不是两三年就能够做出这一设备;第二,如果企业在这两年内只是做MOCVD,那这家企业也很难生存,更不可能支撑到设备国产化的时候。

  “这一持久战如果没有足够资金支撑,企业将很难坚持下来。”赵晋荣坦言,MOCVD的研发和制造是一个烧钱的过程,企业一定要有心理准备。

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  • 第 1 页:国产MOCVD“市场化”阻力
  • 第 2 页:政府的角色
LED驱动电源。 低成本和高密度插针数的解决方案。AVX新的00-9195系列连接器没有塑料端壁以减少长度,在汽车LED应用中,为客户提供了广泛的调光器兼容性和实惠的价格。


高度集成的88EM8183LED驱动器IC专为可平滑调节低至1%LED电流的深度调光而设计,就已深陷困局。结构性产能过剩,中艾电源LED驱动电源比较有代表性的是ZnO透明薄膜。ZnO也属于宽禁带半导体,

将智能功能加入发光二极体(LED)照明应用须要将固定功能LED驱动器改换成微控制器(MCU)或可程式架构(Programmable Architecture)。对于需要进阶功能的应用而言,使用MCU可达到许多智能功能,例如原生调光控制(Native Dimming Control)、专业混色(Specialized Color Mixing)、适应式照明控制(Adaptive Lighting Control)及远端连结(Remote Connectivity)。

对于照明应用而言,电力电子(Power Electronics)产品专用的MCU甚至能有效控制灯具电源供应,使其符合成本效益,并进行照明控制及通讯。如同许多现代电子产品的趋势,改用数位控制开启了更多弹性空间,且为照明产品带来新水准的智能功能及差异性。

专用MCU满足LED应用市场

照明产业经过快速演进,现今LED技术展现许多效益。然而,不同类型的LED照明应用,因所支持的功能不同,亦有极大的差异。其中,住宅方面的应用包括灯泡更换、重点照明(Accent Lighting)与小范围室外照明,一般而言只须点亮一或两个LED灯串,但此一市场具有成本压力,因此进阶控制尚不普遍。至于商业应用方面,包括萤光灯安定器(Fluorescent Ballast)、灯泡更换及重点照明,亦只须点亮一至两个LED灯串,同样受限于成本考量,此一市场具有高度节能意识;而高阶应用则须要远端连结与智能型控制器功能。

此外,娱乐应用方面,则包括高阶显示器及情景照明(Mood Lighting)。完整强度控制与一致的色彩品质相当重要,对于数位寻址照明介面(DALI)或DMX-512之类的业界标准通讯协定,远端连结与支援也相当重要。室外及基础建设则包括街道照明、工厂与办公大楼照明等应用,此一市场的设备一般有为数众多的LED,并须支援许多灯串,其中,高亮度LED也相当常见,而这些应用则相当须要远端连结与高度智能控制器。

降低系统建置成本 MCU实现高弹性LED照明

最简单的LED照明系统使用LED驱动器。这些固定功能装置可直接控制LED,且成本相当低。一般而言,这些装置可达到良好的能源效率,且不须要软体程式设定。在最坏的情况下,开发人员须进行多次计算,选择所需的驱动器,或决定电路板元件的配置值。

虽然LED驱动器可直接使用,不过对于较进阶的系统而言则显得弹性不足。若要支援不同类型的LED(如高瓦数或不同色彩),或不同的LED灯串配置,则可能须使用不同的解决方案。事实上,系统的任何改变(如灯串的LED数和灯串数)都可能使驱动器也须随之变更。因此,原始设备制造商(OEM)供应的大多数照明产品都可能需要独特的类比驱动器。对于大型系列产品而言,这会增加OEM或供应商的库存品项数,而可能造成经济规模降低或设备成本提高。

另一方面,智能型控制器能让开发人员建立更具弹性的照明系统。在MCU系统中,可设定程式码支援各种LED、独特的功率级需求、不同的灯串长度以及不同数量的灯串,而不须大幅变更硬件。系统也可另做设计,以自动侦测须要驱动哪些LED。MCU系统的可编程特性也可达到进阶调光及定序功能,提供更进阶的照明场景控制和自动化照明亮度。

弹性的数位化控制可使OEM能设计可控制多种产品的单一控制器。由于控制器IP可重复使用,因此也可大幅减少设计投资;弹性的控制器亦可减少库存的装置数目,同时透过更大的规模经济降低整体系统成本。

实现智能型LED照明 数位控制整合功不可没

智能型LED照明系统的基本架构包含叁个主要阶段,即电源转换(Power Conversion)、LED控制及通讯(图1)。电源转换阶段会将正确的电压及电流传送到LED。首先进行交流对直流(AC-DC)整流,再进行功率因数修正(PFC)阶段,最后进行一次或多次平行直流对直流(DC-DC)转换阶段。若要提供有效的电源转换,则须要精准、灵活地控制这些转换阶段。


图1 智能型LED照明系统包含电源转换、LED 控制及通讯叁个主要阶段

各个主要阶段皆需智能型控制器维持效率及功能。使用固定功能的类比做法时,可能需要个别的PFC、DC-DC、LED及通讯控制器。然而,使用专用的电源电子产品MCU时,可透过高度整合降低灯具电源供应的元件成本。在效能、电源优化的周边及通讯连接埠充足的情况下,单一MCU可控制照明系统功率级、LED照明控制及通讯等叁大主要部分的潜力。透过MCU的数位整合功能,照明系统能减少许多不必要的元件,同时运用中央可程式平台协调控制智能型照明系统的叁个主要阶段。

数位电源控制也能够提升动态系统的转换效率。虽然LED的效率高于传统的照明设备,运作及能源成本相对降低,但并非所有LED系统都完全相同。以任何方式进行调光、变换色彩输出或调整亮度输出时,数位电源控制能使LED照明系统的功率级达到更高的效率。同样在固定照明的情况下,MCU也能够透过更进阶的功率级设计提升运作效能。这样的效率提升对于终端使用者相当具吸引力,对于在其他方面皆相同的两个LED系统而言,是值得突显的差异之处。

举例来说,假设某座城市计划更换两千盏路灯,在比较两种型号时,效率达到10%的差异(图2)。值得注意的是,高效率系统的系统输入电源为178瓦(W),而低效率系统需要200瓦才能达到相同的160瓦照明输出。相当于年度能源成本节省10%,光就电源供应的能源效率计算,等于节省33,726美元,这笔节省的成本远高于LED系统所节省的成本。


图2 电源的数位控制能够达到高于类比系统的转换效率,且节省的成本高于LED技术。在这个例子中,10%的效率差异,相当于年度能源成本节省10%,单就电源供应的能源效率计算,等于节省33,726美元。这样的效率对于终端使用者相当具吸引力,对于在其他部分皆相同的两个LED系统而言,是关键的差异。


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  近日,医学专家担忧LED蓝光会对视网膜造成损害,甚至是失明。这一消息在网上引起了网友们的广泛关注和大量转发评论,同时也引起了光源专家高度关注。日前,上海市质监局专门组织检测机构对部分LED照明产品进行了风险监测,从不同渠道采集27个样品进行了蓝光危险性检测。与此同时,该局还首次“跨界”邀请了医学界、高校和产业界的专家一齐“会诊”,听取各方意见。

  国家电光源质量监督检验中心(上海)副主任教授级高工、上海时代之光照明电器检测有限公司副总经理、上海市照明学会理事长俞安琪就此次LED蓝光危险性检测进行了详细的分析,并发布《LED照明产品蓝光危害的检测分析和富蓝化的分析及建议》一文。该文中,俞安琪提到,蓝光危害和“富蓝化”的照明影响并不是LED照明产品才有的,之前的某些金卤灯和某些荧光灯早就存在。

  另外,俞安琪在文中强调,蓝光是组成白色光的重要组成部分,所以在正常情况下滤掉蓝光的说法是片面的,按人的生理时辰节律选择光照成份和质量,才是正确的。为了避免因使用高色温富蓝光的LED照明产品对人体健康可能存在的不利影响,室内LED照明产品的色温不宜超过4000K,一般显色指数应达到80以上。室内照明应避免使用色温5000K及以上的LED照明产品。目前推广低色温LED产品技术和成本上已经完全可行。

  科技的进步使各种照明光源不断涌现,这些光源在丰富照明产品和满足人们使用需求的同时也会因为使用不当而产生对人的危害。例如目前传播得较广的LED蓝光危害,其实际情况到底是如何?按国际标准测量判定为不会产生蓝光危害的LED照明产品,其“富蓝化”的照明光,对人们的生理将又会产生怎样的影响? 在LED照明发展到现阶段,我们应该对此有比较深入的研究,以使该行业发展的更健康。

  一、蓝光危害的检测及分析

  根据LED产品可能存在的蓝光危害,了解市场上LED照明产品蓝光危害的情况,上海市质质量监督检验技术研究院/上海时代之光照明电器检测有限公司对LED照明产品进行了摸底检测,检测情况及相关分析如下:

  1.样品来源及组成

  (1)样品来源

  受测样品数共为 27个,分别来自于:

  -8个样品购于小的非正规商店;

  -5个样品购于大型超市;

  -14个样品是大中型生产企业的试验留样。

  (2)样品组成

  27个样品中,8个 LED台灯、7个LED射灯、9个LED筒灯、1个LED灯泡和2个LED平板灯。

  2.检测目的和依据

  检测和评估LED照明产品的视网膜蓝光危害。

  检测和分类依据标准:GB/T 20145-2006 灯和灯系统的光生物安全性

  危害判定依据文件:IECEE CTL(国际电工委员会-实验室委员会)决议:DSH 0744

  3.蓝光危害等级及相应要求

  (1) 蓝光危害等级

  依据GB/T 20145-2006蓝光视网膜危害可分类为:

  1)无危险(辐亮度≤100 W·m-2·sr-1):无危害类的科学基础是灯对于本标准在极限条件下也不造成任何光生物危害;

  2)低危险(1类)(辐亮度≤1×104 W·m-2·sr-1):在曝光正常条件限定下,灯不产生危害;

  3)中危险(2类)(辐亮度≤4×106W·m-2·sr-1):灯不产生对强光和温度的不适反映的危害。

  4)高危险(3类)(辐亮度》4×106W·m-2·sr-1):灯在更短瞬间造成危害。

  (2) 相应判定要求

  依据IECEE CTL决议 DSH 0744:

  1)亮度小于10000cd/m2,且只发出可见光时,不需要按GB/T 20145-2006进行危害等级分类,可以归类为无危险等级,可以直接使用。如果亮度大于10000cd/m2,应按下述2)或3)的方法处理。

  2)如果制造商提供了表明灯具的辐亮度不超过GB/T 20145-2006规定的无危险类和低危险(1类)的试验报告,认证机构可以接受这样的LED灯具,并认为其在正常情况下不会产生光生物危险。

  3)如果制造商未提供这样的声称,应该按GB/T 20145-2006进行试验,试验结果符合上述2)的要求。

  4)依据IEC 62471-2和IEC 60598-1第8版的草案,2类及以上的LED光源和LED灯具没有警告标记不能直接使用。

  4.检测数据分析

  本次试验对一个产品进行了二个状态下的分析,包括:

  对正常使用LED产品的检测数据进行蓝光危害分析;

  对可能出现的异常使用状态下的LED产品的检测数据进行蓝光危害分析,即将灯具的前半透明扩散板拆下检测并进行蓝光危害分析;

  (1)正常使用状态LED产品的蓝光危害分析

  正常使用LED产品的检测数据见表1。




  根据表1可见,在正常使用状态下,各类试验样品的试验结论为:在27个样品中,14个样品的蓝光危险属于无危险类,13个样品属于1类危险,无样品属于2类危险。

  其中:

  -LED 台灯:8个样品中没有属于2类的LED台灯,正常情况下均能安全使用。

  -LED 射灯:7个样品均属于1类,正常情况下均能安全使用,其中一个样品色温》100000K,不属于可以用于照明的白光LED照明产品。

  -LED 筒灯:9个 样品都属于无危害类。

  -LED球泡灯:1个样品属于1类,正常情况下能安全使用。

  -LED平板灯:2个 样品都属于无危害类。


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以及锡对锡的端子接口。00-9159系列可用4,

  当全世界为LED而疯狂时,意大利著名品牌Alessi(阿莱西)也开始进入LED设计,将新的产品设计扩展至LED照明领域。LED灯泡是LED灯具最常用的,Alessilux项目就是一次大胆创新,3位年轻的设计师利用特有的灵感重新定义了LED灯泡。首次亮相于2011年米兰设计周的Alessilux新LED灯泡让人惊叹不已,极富想象力的创新形态和颜色材料等个性鲜明的元素,不同的LED灯泡的设计方案代表不同的设计内涵,即使暂时无法买到,欣赏一下也是不错的!



  ‘U2Mi2′

  设计师Frederic gooris说:”小时候,机器人是用来展示科技会如何改进我们未来生活的典型例子。机器人是让生活更舒适的代名词。 而今天我们更多地强调环境的可持续性,在如何保持舒适生活的同时,使用更少的资源来维护我们的环境。

  一个超级可爱的小机器人,取名为 ‘U2Mi2′[you too,me too],意思是让我们携起手来,共同迎接对环境更为友好的LED灯泡。



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  • 第 1 页:新型LED灯具设计集锦—有内涵的LED灯泡
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  当全世界为LED而疯狂时,意大利著名品牌Alessi(阿莱西)也开始进入LED设计,将新的产品设计扩展至LED照明领域。LED灯泡是LED灯具最常用的,Alessilux项目就是一次大胆创新,3位年轻的设计师利用特有的灵感重新定义了LED灯泡。首次亮相于2011年米兰设计周的Alessilux新LED灯泡让人惊叹不已,极富想象力的创新形态和颜色材料等个性鲜明的元素,不同的LED灯泡的设计方案代表不同的设计内涵,即使暂时无法买到,欣赏一下也是不错的!



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将需要一个降压型LED驱动器(比如:凌力尔特的LT3475),LED温度的上升将使其发光效率下降。

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