能量效率更高,、功能更強(qiáng)的新型LED固態(tài)發(fā)光（SSL）產(chǎn)品的發(fā)展很快,，被認(rèn)為是照明市場上的主要革命性進(jìn)步。在許多垂直應(yīng)用中,，如信號燈,、汽車、LCD TV背光,，LED已經(jīng)毫無爭議地成為傳統(tǒng)光源的替代
能量效率更高,、功能更強(qiáng)的新型LED固態(tài)發(fā)光（SSL）產(chǎn)品的發(fā)展很快，被認(rèn)為是照明市場上的主要革命性進(jìn)步,。在許多垂直應(yīng)用中,，如信號燈、汽車,、LCD TV背光,，LED已經(jīng)毫無爭議地成為傳統(tǒng)光源的替代產(chǎn)品。但對于范圍更廣的通用照明,，LED還沒有被廣泛接受,。固態(tài)發(fā)光產(chǎn)品的成本和效率無疑將繼續(xù)快速改進(jìn)，力爭被市場接受,。
通用照明中的固態(tài)發(fā)光產(chǎn)品
阻礙LED向通用照明轉(zhuǎn)移的原因一是傳統(tǒng)市場的容量太大,，二是市場的慣性所致。要滿足后者的兼容性恐怕是最大的挑戰(zhàn),。熱管理,、電壓轉(zhuǎn)換和色彩管理是需要解決的基本問題。隨著越來越多的業(yè)內(nèi)人士開始認(rèn)識到這些問題,，需要采用智能的數(shù)字控制方法來經(jīng)濟(jì)有效地解決各種各樣的挑戰(zhàn),，然后才能享受新技術(shù)所帶來的好處。
LED照明節(jié)能明顯
如果在建筑物上采用LED照明,，可以節(jié)約48%的照明用電,。一盞白熾燈的發(fā)光效率一般是10～15lm/W，熒光燈的效率可達(dá)70～100lm/W,，氙氣燈的效率為80～120lm/W,，目前的商用LED的效率為80lm/W，有些實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品已經(jīng)達(dá)到了131lm/W,，而LED的最大理論光效是200lm/W,。
白色并不是色彩
LED的最大問題是發(fā)光的頻帶很窄，這樣光的顏色很單一,，可以達(dá)到高效率,，并且不會發(fā)熱,。如果光的顏色正是我們所要的當(dāng)然最好了，但在一般的照明中,，我們需要的都是白光,。換句話說,，我們需要的是按照一定比例混合起來的多種顏色,，來模仿經(jīng)過地球大氣過濾后的陽光的頻譜。
可以通過在LED的藍(lán)色或紫外光源上涂上一層含磷材料,，來獲得白光,。所有的LED廠商都在對含磷材料的成份、厚度,、位置進(jìn)行廣泛的研究,。
LED廠商們接連不斷地公布新的研究成果，稱新器件的效率比以往任何產(chǎn)品的效率都高,。此外,，光源的質(zhì)量也在不斷提高。我們眼睛所看到的光的質(zhì)量可以用相關(guān)色彩溫度（CCT）來衡量,，這是與所感覺到的燈的顏色最匹配的黑體的溫度,。
恰當(dāng)?shù)鼗旌细鞣N顏色
獲得白光LED的另一種方法是按照正確的比例將紅、綠,、藍(lán)（RGB）三種顏色混合起來,，不但能獲得白光，而且還能獲得所需的色溫,。圖1是這種方法的應(yīng)用電路,，用1個8引腳的8位MCU來控制三色RGB LED。只需簡單的算法,，就可以對3個發(fā)光管的相對光強(qiáng)進(jìn)行控制,，可以達(dá)到6位的分辨率（64個光強(qiáng)等級），對控制顏色輸出和相關(guān)顏色溫度來說是足夠的了,。
該電路采用了PIC12HV615閃存MCU,、分壓電阻、復(fù)位電路,、A/D轉(zhuǎn)換器,，振蕩器提供8MHz的時鐘，構(gòu)成了一個簡單的單芯片解決方案,。在生產(chǎn)時,，還可以利用這種閃存器件的在電路可編程特性進(jìn)行顏色校準(zhǔn)。
LED的壽命
圖1所示的電路適用于很多應(yīng)用,，但有一個很重要的缺點(diǎn)是效率低,。這是一個線性解決方案,，電能都消耗在鎮(zhèn)流器電阻上了。此外,，在整個產(chǎn)品生命周期內(nèi)還可能出現(xiàn)更多的問題,。
圖1 可進(jìn)行顏色校準(zhǔn)的白光LED系統(tǒng)
LED的一個主要優(yōu)點(diǎn)是極長的使用壽命，這也帶來一個嚴(yán)重的問題,，即偏色,。LED可以使用50 000小時以上，其發(fā)光強(qiáng)度會從標(biāo)稱值逐步下降到70%左右（白熾燈在使用大約1 500小時以后會突然失效）,?！ ?br />
遺憾的是，在這50 000小時內(nèi),，一個白光LED的相關(guān)色彩溫度（CCT）將會發(fā)生變化,，當(dāng)熒光粉老化的時候，CCT會向更高的溫度漂移,，即向藍(lán)色漂移,。當(dāng)三種顏色的發(fā)光體按照不同的曲線老化時，RGB的LED也會出現(xiàn)類似的問題,。
通過使用微控制器,，加上預(yù)測算法或閉環(huán)控制系統(tǒng)，將會開發(fā)出幾種技術(shù)來補(bǔ)償由于器件老化所帶來的影響,。有些生長商已經(jīng)生產(chǎn)出了彩色光敏元件,，再配合簡單的PID算法就可以一次性地徹底解決色彩漂移問題，當(dāng)然采用這種元件會增加一些成本,。
由于色彩漂移的過程非常緩慢,，就不需要很高的計(jì)算性能，甚至低成本的8位MCU就能滿足要求,。
LED并不是冷的
LED通用照明中的另一個很大的挑戰(zhàn)是熱量控制問題,。正如前文所述，高功率的LED在很窄的一個頻帶內(nèi)向外產(chǎn)生電磁輻射時不會浪費(fèi)能量,，但仍然會產(chǎn)生熱量,，熱量會通過傳導(dǎo)而不是輻射的方式散發(fā)出來，這一點(diǎn)類似于白熾燈,。
LED的發(fā)熱問題給設(shè)計(jì)通用照明系統(tǒng)提出了很大的限制,。為一個給定功率的白熾燈設(shè)計(jì)的照明系統(tǒng)很難適應(yīng)同樣功率的LED，因?yàn)闊醾鲗?dǎo)的路徑是非常有限的,。
功率轉(zhuǎn)換和控制
當(dāng)整個LED產(chǎn)業(yè)界都把關(guān)注的重點(diǎn)放在如何實(shí)現(xiàn)最大的LED發(fā)光效率時,，驅(qū)動/控制電路的效率問題也必須受到同樣的重視。LED是低電壓器件（Vf為3～4V）,，工作電壓與市電完全不匹配,，為實(shí)現(xiàn)最高的效率和保持持續(xù)的光輸出,，LED需要精確的電流控制和開關(guān)模式的功率轉(zhuǎn)換。
為解決這個問題,，必須采用一些恒流驅(qū)動技術(shù),。不但需要隔離、功率因數(shù)校正,，在有些情況下還需要進(jìn)行兩級處理,。輸入電壓先被降低到一個中間電壓，并采用功率因數(shù)校正和高電壓隔離,，第二級解決LED對電流和熱控制的需求,。
圖2是采用了升壓轉(zhuǎn)換器（MCP1630）的恒流配置方案,，由8位MCU提供靈活的時鐘信號,，電流設(shè)定點(diǎn)可由編程設(shè)定，以適應(yīng)不同的LED模塊,、調(diào)光功能,，并利用外置的傳感器提供閉環(huán)的溫度控制。
圖2 采用MCU和恒流驅(qū)動器的智能LED解決方案,。
圖2 采用MCU和恒流驅(qū)動器的智能LED解決方案
基于MCU的解決方案具有極大的靈活性,。當(dāng)LED的溫度接近臨界門限時，向LED輸出的功率會逐步減小,，而不是突然關(guān)閉系統(tǒng)或簡單地發(fā)出警報(bào),。尤其是在LED是分別由不同公司設(shè)計(jì)，并且無法保證正確的熱設(shè)計(jì)的情況下,，這種功能尤為關(guān)鍵,。
智能的驅(qū)動設(shè)計(jì)也意味著MCU的內(nèi)置串行外設(shè)可以支持簡單的通信協(xié)議,，例如DMX-512或DALI,。在進(jìn)行更高級的系統(tǒng)集成時，還會需要以太網(wǎng)或ZigBee連接,，從而設(shè)計(jì)出全新的能源管理系統(tǒng),。