LED照明正在成為業(yè)界的首選技術(shù),，尤其適用于環(huán)境條件惡劣的場(chǎng) 合。LED解決方案具有穩(wěn)健性,，并且從不會(huì)完全失效,。然而，其光強(qiáng)度確實(shí)會(huì)隨時(shí)間而減弱,。在測(cè)量LED光輸出并調(diào)整電源以便在燈泡的整個(gè)壽命期間保持恒定 光輸出的場(chǎng)合,，采用自動(dòng)減低亮度的方法是非常有益的。這樣可以大大延長(zhǎng)燈泡的使用壽命,，并在燈泡制造狀況變更下保持穩(wěn)定的亮度,。本文給出了用于街道、辦公 室和工廠照明,，使用各種傳感器技術(shù)工作的電路示例,。

　　系統(tǒng)級(jí)生態(tài)設(shè)計(jì)（ecodesign）的新途徑

　　就生態(tài)設(shè)計(jì)而言，對(duì)于給定的應(yīng)用,，延長(zhǎng)使用壽命永遠(yuǎn)是人們所希望的,，因?yàn)樗c生態(tài)影響（ecological）直接相關(guān)。這不像說(shuō)起來(lái)那么容易,，因?yàn)閯?chuàng)新 永不停止,。需要考慮新的標(biāo)準(zhǔn)和新的應(yīng)用可能，并且需要實(shí)現(xiàn)新功能,。重要的是不要僅僅執(zhí)行最低標(biāo)準(zhǔn),，還要構(gòu)建搶得先機(jī)具有許多新功能的“更好的”產(chǎn)品，并且 獲得一定的靈活性,。“火星漫游車”就是一個(gè)很好的例子,，大量的技術(shù)支持幫助實(shí)施了這項(xiàng)計(jì)劃，并且發(fā)射時(shí)間較原定計(jì)劃大大提前,。

　　重要的是不僅具備靈活性,，而且LED的使用壽命也要具備維持如此長(zhǎng)時(shí)間的工作潛力。在此,，需要考慮三類影響：快速變化的影響（例如開(kāi)機(jī)電流）,、緩慢變化的影響（例如參數(shù)漂移）以及外部影響,。

　　對(duì)于所有應(yīng)用而言，開(kāi)機(jī)電流是一種重要的應(yīng)力,。電源中存在著可能造成這種應(yīng)力的大總線電容,。此外，上電時(shí)的不明確狀態(tài)可能給應(yīng)用帶來(lái)應(yīng)力,。為了避免這些狀 況,，應(yīng)該在整個(gè)設(shè)計(jì)階段使用失效模式與影響分析（FMEA）對(duì)電路性能進(jìn)行仔細(xì)的分析。在完成的應(yīng)用中,，重要的是檢驗(yàn)開(kāi)機(jī)和關(guān)機(jī)過(guò)程中的電流和溫度,。在設(shè) 計(jì)階段，它們可能未被認(rèn)知,，而在后期造成現(xiàn)場(chǎng)故障,。

　　此圖顯示了由開(kāi)機(jī)電流引起的某電源輸入橋式整流器的溫度變化，這時(shí)其它元件處于比較冷狀態(tài),，整流器的溫度升高了很多,，可能影響其使用壽命。

　　許多二,、三十年前開(kāi)發(fā)的應(yīng)用擁有能避免漂移所引發(fā)故障的電路技術(shù),。由于那時(shí)使用的許多元件具有較大的公差水平和更大的漂移，所以開(kāi)發(fā)了對(duì)元件特性依賴較少 的電路,。為了延長(zhǎng)一項(xiàng)應(yīng)用產(chǎn)品的使用壽命，許多這類技術(shù)不在如今的生態(tài)設(shè)計(jì)的考慮之列,。這就增加了電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜性,，使得元件數(shù)目增加。電子線路的生態(tài)影 響通常低于工作能耗所引起的影響,，所延長(zhǎng)的使用壽命可以彌補(bǔ)增加的復(fù)雜性,。

　　功率電子是所有應(yīng)用和產(chǎn)品的一個(gè)重要部分，也更在生態(tài)設(shè)計(jì)的考慮之中,，因?yàn)樽酉到y(tǒng)通過(guò)效率等特性影響到生態(tài)效應(yīng),。例如，較低的效率意味著一項(xiàng)應(yīng)用產(chǎn)品需要 采用較大的散熱片,，從而在生產(chǎn)和應(yīng)用過(guò)程中消耗更多的能量,，并需要使用更多的能量進(jìn)行運(yùn)輸和回收。因此,，建議設(shè)計(jì)人員考慮達(dá)到最高效率和寬輸入電壓范圍,， 以便使用較少的元件，獲得最大的靈活性,，因?yàn)檫@個(gè)部分以后不能改動(dòng)（例如：通過(guò)軟件更改）,。

　　在照明應(yīng)用中,，使用LED解決方案是大勢(shì)所趨。除了具有更高的效率之外,，LED本身具有很長(zhǎng)的使用壽命,，LED驅(qū)動(dòng)電子裝置在設(shè)計(jì)上應(yīng)該最大限度地利用LED的長(zhǎng)使用壽命。以下是這種照明方案的示意圖：

　　街燈照明是這類照明方案的一個(gè)特殊實(shí)例,，沒(méi)有其它哪種照明應(yīng)用結(jié)合了如此多的要求,，這些要求并不總是趨于融合。溫度,、濕度以及振動(dòng)等不斷變化的環(huán)境 因素,，以及高效率、高可靠性和低能耗需求,，都成為照明解決方的考慮因素,，同時(shí)還要考慮大批量生產(chǎn)和承受相應(yīng)的價(jià)格壓力。隨著燈對(duì)電能的消耗,，溫度會(huì)從 -40°C大幅上升至85°C,。重要的是必須注意到，每個(gè)開(kāi)關(guān)（每日）循環(huán)會(huì)引發(fā)一次溫度循環(huán),。這意味著在系統(tǒng)層面上,，五年中燈泡會(huì)有接近2000次溫度 循環(huán)，這給系統(tǒng)帶來(lái)了很大的應(yīng)力,。

　　由于街燈照明的成本是城鎮(zhèn)預(yù)算的一個(gè)重要部分,，人們特別關(guān)注高效率，以期幫助降低街燈的運(yùn)作成本,。目標(biāo)是使用盡可能少的電能來(lái)達(dá)到街道或人行道所需的發(fā)光度水平,。這不包括維護(hù)成本，對(duì)于使用壽命較短的燈炮,，其維護(hù)成本也很可觀,。

　　粗略估算一定人口使用街燈數(shù)量的方法，是按照每六個(gè)居民一盞街燈的比例來(lái)計(jì)算,。按照這一比例,，德國(guó)大約有1330萬(wàn)盞街燈—— 節(jié)能的潛力非常巨大。因此,，許多城市和社區(qū)轉(zhuǎn)而使用這些新型LED照明方案也就不足為奇了,，或者更換整個(gè)燈泡，或者更換燈頭,。

　　對(duì)路燈的預(yù)防性維護(hù)

　　面對(duì)所有這些要求,，這種電源的設(shè)計(jì)很復(fù)雜，但并不是不可能,。上圖的左側(cè)是輸入濾波器和橋式整流器的示例,，后面跟著一個(gè)有些與眾不同的電路,，其中反激電路使 用了一個(gè)BCM-PFC-控制器。通常,，電源周期內(nèi)開(kāi)關(guān)頻率要發(fā)生變化,，以保持輸出電壓的恒定。此處,，使用振蕩器（帶Q102的電路）維持恒定的開(kāi)關(guān)頻 率,，從而在整個(gè)電源周期內(nèi)維持一種恒定的占空比?？梢愿淖冋伎毡龋m然以極低的速度）,，以便調(diào)整輸出電流。這不會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題,，因?yàn)長(zhǎng)ED不是動(dòng)態(tài)負(fù)載,。借助 這種改變，輸入電流將與輸入電壓對(duì)應(yīng),，轉(zhuǎn)換器將恒定工作于DCM模式,，獲得非常好的功率因數(shù)。

　　該圖顯示整個(gè)電源周期內(nèi)初級(jí)端（藍(lán)色）和次級(jí)端（棕色）的電流,。很明顯,，電流的峰值呈正弦形包絡(luò)，這使其能夠在使用小輸入電容時(shí),，仍然獲得好的功率因數(shù)和低傳導(dǎo)輻射,。

　　該電路能夠在不使用額外PFC電路的情況下獲得好的功率因數(shù)。缺點(diǎn)是在雙倍電網(wǎng)頻率下,，次級(jí)端的紋波電流很大,，但對(duì)于LED照明而言，這不會(huì)成為缺點(diǎn),，因?yàn)槿搜蹖?duì)100Hz的閃爍是不敏感的。

　　在次級(jí)端,，利用一個(gè)電路將輸出電流（用分流電阻測(cè)量）轉(zhuǎn)換成初級(jí)端調(diào)節(jié)器的反饋信號(hào),，以獲得驅(qū)動(dòng)LED的電流輸出。這里,，對(duì)平均輸出電流進(jìn)行調(diào)節(jié),，因?yàn)榉?饋回路必須緩慢，以便在輸入端獲得好的功率因數(shù),。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是使用金屬箔電容作為輸入電容,，其小尺寸減小了對(duì)空間的要求，并顯著提高了壽命,。

　　LED燈的壽命還由LED的亮度漂移決定,。例如,，OSRAM公司的“金龍+”LED燈的平均壽命為45000小時(shí) （焊接點(diǎn)溫度85°C，以0.7A電流連續(xù)工作）,。其可分成四個(gè)階段,，第一個(gè)階段是能夠向上或向下的相對(duì)快速漂移的階段，接下來(lái)是反射器老化階段,，然后是 LED僅有微小漂移的較長(zhǎng)階段,，最后是燈壽命漂移真正終止的階段，在這個(gè)階段中,，亮度持續(xù)降低,。

　　LED的失效不會(huì)是災(zāi)難性的，但是在到達(dá)額定壽命期時(shí),，其亮度下降到70%,。燈將隨時(shí)間的推移持續(xù)變暗。在某些應(yīng)用中,，這不是問(wèn)題,，但對(duì)于其他一些有標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求亮度恒定的應(yīng)用中，這種情況是不能被接受的,。

　　與使用高壓鈉燈的普通路燈相比,，LED燈更加耐用，并具有更長(zhǎng)的壽命,。不過(guò)仍有進(jìn)一步提升的可能性,。為了延長(zhǎng)壽命，并減小設(shè)計(jì)對(duì)環(huán)境的影響,，可以使用亮度傳感器來(lái)調(diào)節(jié)亮度,，并在壽命期內(nèi)獲得恒定的發(fā)光度。

　　下圖為用于大功率LED調(diào)光的次級(jí)端恒流控制電路的示例：

　　為了在不改變顏色的情況下改變LED的亮度,，使用了脈寬調(diào)制方案,。為此，在電路的輸入端施加一個(gè)方波信號(hào),。當(dāng)電壓高于1V時(shí),，調(diào)節(jié)器禁用，LED串 內(nèi)沒(méi)有電流流過(guò),。電壓很低時(shí),，IC的輸入節(jié)點(diǎn)會(huì)承擔(dān)分流電阻反映出的電壓，有效地接通電流控制,，并使LED串在這種恒定電流下工作,。這將產(chǎn)生恒流脈沖，緊 接著是暫停，即無(wú)電流流過(guò),。這樣將會(huì)在不改變顏色的情況下調(diào)節(jié)LED的亮度,。結(jié)合上面的PFC反激式電路，重要的是要使用一種不會(huì)與電網(wǎng)頻率產(chǎn)生可見(jiàn)拍頻 頻率的PWM調(diào)制信號(hào),。

　　實(shí)現(xiàn)亮度傳感器的方法有很多種,。例如可使用光敏晶體管或者光敏二極管，但它們需要部分模擬電路,，以便使它們的信號(hào)適用于調(diào)節(jié),。還有一種許多商用亮度傳感器 都在使用的標(biāo)準(zhǔn)化模擬接口，其控制電壓范圍為0至10V,。在噪聲較大的環(huán)境中,，信號(hào)也以用電流環(huán)路傳送，例如：以0至20mA電流工作,。此外,，在傳感器或 者傳感器陣列與中央控制器相結(jié)合的地方可以使用數(shù)字接口來(lái)實(shí)現(xiàn)亮度調(diào)節(jié)，甚至實(shí)現(xiàn)冗余工作,，比如可以對(duì)一些出現(xiàn)故障的燈進(jìn)行補(bǔ)償,。這一點(diǎn)尤其有利于不便更 換燈的環(huán)境，例如：在半導(dǎo)體生產(chǎn)廠內(nèi),。

　　利用這樣的中央控制器和燈,，調(diào)節(jié)和接通操作不會(huì)對(duì)燈的壽命產(chǎn)生負(fù)面影響，還能夠?qū)崿F(xiàn)更多的功能,，比如根據(jù)用戶在場(chǎng)與否進(jìn)行調(diào)節(jié),、環(huán)境光調(diào)節(jié)、遙控（通過(guò)電話或短信）開(kāi)燈關(guān)燈等,。

　　結(jié)論

　　在早期,，LED照明解決方案的光輸出低，可靠性也較差,，這些缺點(diǎn)阻礙了它的普及,。但是，隨后這些問(wèn)題被克服,，LED照明解決方案得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)在，隨著控制電路和應(yīng)用的不斷開(kāi)發(fā),，LED的長(zhǎng)壽命特性開(kāi)始大有用武之地,，它的環(huán)保優(yōu)勢(shì)終于被充分顯現(xiàn)出來(lái),。