《電子技術(shù)應(yīng)用》
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高亮度LED照明應(yīng)用開發(fā)的技術(shù)挑戰(zhàn)分析
摘要: LED發(fā)光效能持續(xù)提升,為了達到高亮度的要求,也讓單一組件的功率增加不少,,尤其是隨之而來的運行高熱狀況,,很可能就因為高熱問題,使組件的光衰或壽命相對減低,,而在組件方面若能在前段制程就考慮散熱需求。
Abstract:
Key words :

        OFweek半導(dǎo)體照明網(wǎng):LED發(fā)光效能持續(xù)提升,為了達到高亮度的要求,,也讓單一組件的功率增加不少,尤其是隨之而來的運行高熱狀況,,很可能就因為高熱問題,,使組件的光衰或壽命相對減低,而在組件方面若能在前段制程就考慮散熱需求,,要比從外在條件進行散熱設(shè)計要來得更有效率,,也能可持續(xù)發(fā)展更高功率、高亮度的LED組件因應(yīng)日常照明應(yīng)用,。

  這幾年下來,,環(huán)保議題持續(xù)升溫,讓各種用電的現(xiàn)況出現(xiàn)極大的改變,,終端電器就有多項極大的變革,,像是CRT電視被LCD TV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%電能耗用都是用于照明應(yīng)用中,若可在日常照明導(dǎo)入節(jié)能燈具,,對于全球的能源消耗可能產(chǎn)生顯著的節(jié)約成效,,因此,各國政府為了打造更環(huán)保的國家形象,,也積極透過政策,、法規(guī)與產(chǎn)業(yè)輔導(dǎo)朝照明節(jié)能化應(yīng)用方向發(fā)展,,而利用原有的LED或是CCFL新式光源設(shè)計來取代傳統(tǒng)光源,進行日常照明應(yīng)用,,也成為照明產(chǎn)業(yè)的重要發(fā)展趨勢,。

  傳統(tǒng)光源應(yīng)用現(xiàn)況

  多數(shù)實際應(yīng)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(shè)施,,大多采高強度的氣體放電式燈具(High-intensity discharge;HID)或鹵素燈,以達到高亮度,、高照度的應(yīng)用需求;而在賣場,、店家的長時間需求,多半選用熒光燈管(Compact Fluorescent Lamp;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(yīng)用場合中,,耗能最高,、效率最差的光源應(yīng)以白熾燈為主,因為應(yīng)用時會讓大量電能轉(zhuǎn)換成無用的熱,,也會讓燈具壽命因此降低,。

  以具體光源應(yīng)用觀察,日常照明市場所涵蓋應(yīng)用領(lǐng)域相當廣,,包含建筑物照明,、標志、景觀照明,、零售,、信號燈、街道照明和住宅照明等,。若要討論節(jié)能的效益,,就必需針對現(xiàn)有的燈具提出科學(xué)化的預(yù)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(shù)進行預(yù)估基準(或能源效率efficacy預(yù)估,。

  不同照明方案能源效率差距大

  以現(xiàn)有的照明應(yīng)用觀察,白熾燈照明方案的能源效率最差,,例如,用60W白熾燈進行照名實,能源效率約為10 lm/W,,相較CFL熒光燈具的能源效率就可達50 lm/W,。一支100W HID可具有80lm/W,相當于產(chǎn)生8,000流明亮度,。

        OFweek半導(dǎo)體照明網(wǎng):LED發(fā)光效能持續(xù)提升,,為了達到高亮度的要求,也讓單一組件的功率增加不少,,尤其是隨之而來的運行高熱狀況,,很可能就因為高熱問題,使組件的光衰或壽命相對減低,,而在組件方面若能在前段制程就考慮散熱需求,,要比從外在條件進行散熱設(shè)計要來得更有效率,也能可持續(xù)發(fā)展更高功率,、高亮度的LED組件因應(yīng)日常照明應(yīng)用,。

  這幾年下來,環(huán)保議題持續(xù)升溫,,讓各種用電的現(xiàn)況出現(xiàn)極大的改變,,終端電器就有多項極大的變革,像是CRT電視被LCD TV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%電能耗用都是用于照明應(yīng)用中,,若可在日常照明導(dǎo)入節(jié)能燈具,,對于全球的能源消耗可能產(chǎn)生顯著的節(jié)約成效,因此,,各國政府為了打造更環(huán)保的國家形象,,也積極透過政策、法規(guī)與產(chǎn)業(yè)輔導(dǎo)朝照明節(jié)能化應(yīng)用方向發(fā)展,,而利用原有的LED或是CCFL新式光源設(shè)計來取代傳統(tǒng)光源,,進行日常照明應(yīng)用,也成為照明產(chǎn)業(yè)的重要發(fā)展趨勢,。

  傳統(tǒng)光源應(yīng)用現(xiàn)況

  多數(shù)實際應(yīng)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(shè)施,大多采高強度的氣體放電式燈具(High-intensity discharge;HID)或鹵素燈,,以達到高亮度,、高照度的應(yīng)用需求;而在賣場、店家的長時間需求,,多半選用熒光燈管(Compact Fluorescent Lamp;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(yīng)用場合中,,耗能最高、效率最差的光源應(yīng)以白熾燈為主,,因為應(yīng)用時會讓大量電能轉(zhuǎn)換成無用的熱,,也會讓燈具壽命因此降低。

  以具體光源應(yīng)用觀察,,日常照明市場所涵蓋應(yīng)用領(lǐng)域相當廣,,包含建筑物照明、標志,、景觀照明,、零售、信號燈,、街道照明和住宅照明等,。若要討論節(jié)能的效益,就必需針對現(xiàn)有的燈具提出科學(xué)化的預(yù)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(shù)進行預(yù)估基準(或能源效率efficacy預(yù)估。

  不同照明方案能源效率差距大

  以現(xiàn)有的照明應(yīng)用觀察,,白熾燈照明方案的能源效率最差,,例如,用60W白熾燈進行照名實,,能源效率約為10 lm/W,,相較CFL熒光燈具的能源效率就可達50 lm/W。一支100W HID可具有80lm/W,,相當于產(chǎn)生8,000流明亮度,。

  LED光源效能與實用性大幅提升

  LED的特質(zhì)在于本身就是1個電子零組件,與氣體放電式的HID燈具,、CFL熒光燈具這類光源,,必需以玻璃容器內(nèi)置高壓氣體的體積相對更小,不需內(nèi)填有毒元素,,組件本身就設(shè)有金屬接點,,并可焊接安裝在任意表面上,,便利性相當高。

  LED具備未來光源多項優(yōu)勢,,其中節(jié)能效益是最受業(yè)者關(guān)注的重點,。

  以往LED因當時技術(shù)受限,在亮度無法有效提升,,多用于指示性用途的輔助光源,但現(xiàn)在以白光LED為例子,,制作方式早已大幅改善,,例如,透過高效能藍光LED鍍磷產(chǎn)生近似白光的發(fā)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(xiàn)4,500~6,000k下,,在實驗室的測試數(shù)據(jù)已可達到超越200 lm/W的高效能表現(xiàn),。

  LED屬于固態(tài)光源組件,在組件的硬度,、強度較高,,不會如同傳統(tǒng)光源因為主要由玻璃制成,會出現(xiàn)怕摔,、不耐撞擊問題,,也可搭配不同熒光粉設(shè)計或搭配構(gòu)型設(shè)計,產(chǎn)制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(dǎo)入生活應(yīng)用仍有關(guān)鍵問題待克服

  由于LED在原器件的物理特性差異,,制作光源系統(tǒng)的觀念則與傳統(tǒng)設(shè)計大不相同,需要有更多方面的技術(shù)與專業(yè)輔助,。

  LED燈泡型設(shè)計在空間相對緊湊,,如何做到相關(guān)電路整合,必需靠整合芯片達成設(shè)計目標,。

  1,、光學(xué)設(shè)計

  LED光源屬于高效率的點光源,這種過于集中的光源,,在傳統(tǒng)應(yīng)用會有相當多的問題,,例如,若當臺燈用會造成近距離的光型不夠勻稱,,即便LED具備寬廣的色彩調(diào)控彈性,,能源效率表現(xiàn)也相當不錯,,但在生活用照明應(yīng)用時就會影響使用觀感,點光源必須透過光學(xué)透鏡或機構(gòu)設(shè)計(透鏡,、導(dǎo)光素材)來產(chǎn)生近似傳統(tǒng)燈具的光型表現(xiàn),,會增加燈具成本,在緊湊的構(gòu)型設(shè)計中較難突破光學(xué)的物理特性,。

  2,、散熱設(shè)計

  同樣的,延續(xù)LED組件本身是點光源的限制,,組件在發(fā)光時產(chǎn)生的溫度會過度集中在單點之上,,若沒有效處理散熱,會致使組件出現(xiàn)燒融,,甚至縮短使用壽命,!除了組件本身需針對散熱強化設(shè)計,例如,,透過芯片打金線或是載板的設(shè)計技術(shù)進行改善,,達到自體散熱設(shè)計,即便如此,,熱源仍會出現(xiàn)有過度集中在燈具點狀位置的狀況,,如何透過外部組件的主動散熱與被動散熱設(shè)計,去改善結(jié)點溫度控制的處理能力,,這就成為相關(guān)燈具設(shè)計的技術(shù)差距,。

  3、驅(qū)動與控制電路設(shè)計

  實際應(yīng)用時,,LED驅(qū)動發(fā)光仍需要大量電子電路進行輔助,,才能達到高效率的目的,但對于一般白熾燈的調(diào)光設(shè)計,,如果也想在新式LED光源上實現(xiàn),,這就必須透過DC直流供電控制進行供電調(diào)整,這時若同時考慮能耗與用電效率,,會讓驅(qū)動的電子電路復(fù)雜度大幅提升,,就的設(shè)計很采取大量獨立組件造成系統(tǒng)的離散設(shè)計問題,讓整體省下來的電能反倒在相關(guān)電路被消耗掉了,。

  目前已有組件廠商采取單芯片的可調(diào)光控制IC設(shè)計,,讓燈具業(yè)者不用重新開發(fā)不同燈具的配合電路,運用現(xiàn)成的解決方案就能達到兼具對比舊式光源的操作體驗,,也可達到更高效能的節(jié)能效益,。

  E27型式的LED節(jié)能燈泡,功耗僅6瓦。

  4,、電源轉(zhuǎn)換電路設(shè)計

  LED一般都使采取DC直流驅(qū)動,,但AC LED在實際應(yīng)用場合,有更多的應(yīng)用彈性與優(yōu)勢,,因此也是發(fā)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光源普及于生活應(yīng)用,發(fā)展AC設(shè)計的LED產(chǎn)品,,是相關(guān)應(yīng)用快速成長的應(yīng)用關(guān)鍵,。

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