探讨-高亮度LED产生新应用与新标准

    要点

    总体照明系统效率包括电源转换、电流调节以及HBLED（高亮度发光二极管）装置本身的效率，而不只是HBLED片芯的效率。

    HBLED照明系统现在的效率低于最高效的荧光灯。但HBLED将在三年内迎头赶上。

    HBLED的其它优点有纯净光源、紧固性和调光控制能力，将帮助它们进入新型医疗与照明应用。

    HBLED（高亮度发光二极管）的功率在不断增加：例如，Cree公司现在提供88lm/W的器件，并且计划在今年年底提供100lm/W的器件，五年内将出现150lm/W器件。作为独立元件，HBLED效率高于白炽灯甚至荧光灯。但是，在系统级上，因为必须考虑它们带来的功率损耗问题（包括AC/DC和DC/DC转换与电流调节），它们的优势被削弱了。另外，LED照明装置（或光源）会带来损耗，LED组件本身亦有热损耗。

    美国DOE（能源部）最近完成了针对SSL（固态照明）光源的新的能源之星规范，这样系统设计者可以对光源与装置采用相同的比较数字。新规范不是着眼于HBLED在元件级上的发光效率，而是整体的光源效率。

    电流驱动的LED光强直接与正向电流成正比。这些器件有与二极管相同的陡峭电压/电流曲线，电压上的小小变动会导致电流的一个相对较大的变化，亮度也产生变化，因此控制电流比控制电压更重要。很多IC制造商（通常从事于电源控制器业务）都进入了LED驱动器电流调节市场。这些供应商包括：德州仪器公司、美国国家半导体公司、Intersil、Cypress、Maxim和LinearTechnology.

    除了电流调节器以外，照明系统可能还必须带有一个AC/DC转换器，采用电池供电的系统可能还需要一个DC/DC升压转换器。总之，仅转换方面，就可能损失10%~15%的系统功率。另外，由于反射和镜头损耗，设备中SSL的亮度损失可能高达一半。

    能源之星SSL规范的标准将在2008年9月30日生效。该规范有两个部分。CategoryA覆盖今天现有的器件。它规定，一个符合CategoryA的嵌入发光设备（或“下射聚光灯”）必须为35lm/W.CategoryB将覆盖三年内出现的高效SSL设备。那时，SSL能够与今天采用传统光源的最高效发光系统竞争。例如，现在最常见的高性能T8荧光灯和电子镇流系统可以产生约100lm/W.这些荧光镇流系统的高质量产品可以达到约70%的效率，获得70lm/W的光源效率。而采用今天已商业化的SSL技术时，HBLED光源无法达到CategoryB级的最小发光效率。不过，LED技术正在快速发展，未来将可以满足能源之星CategoryB的要求。但LED除了效率和长寿命以外还有其它优势，值得我们在获得更高效率以前继续跟踪它的发展。例如，在荧光照明中，调光非常困难，而对LED不过是直接减小电流而已。另外，你可以用多个冷白色LED和暖白色LED阵列，动态地改变一个房间的颜色。预计SSL将在今后五年内成为家庭与工业照明的一种重要技术。

    今天可用的多数HBLED都需要直流电压和电流，因此，大多数SSL系统都含有转换电路，将交流电源转换为稳压的直流电源。不过，SeoulSemiconductor公司最近推出了AcricheHBLED,它可以直接用交流电源工作（图1），用一只表面组装电阻设定输入电压，范围从100V~110VAC和220V~230VAC.在片芯中，LED包含了多层LED半导体结。二极管结在总正向电压接近于110V或220V的交流电压时建立。这些器件有两串背对背的LED.第一串导通，并在正半电压周期内传导，而第二个在另一串周期内导通，因此LED可在整个交流电压周期内发光。直接采用交流工作简化了电源转换电路，增加了系统可靠性，并减少了设计时间。AcricheHBLED有两种型号：用于100V/110V的AW3200和用于220V/230V的AW3220.两种型号均具有59lm/W的效率，它低于直流供电的HBLED的发光，但也相差无几。

    随着能量成本的持续上升，照明效率的重要性也日益增加。美国DOE估计，照明要消耗一座建筑20%的电力。然而，在发展中国家经常缺乏可靠的电力网络，人们可以使用太阳能SSL为电池供电，从而获得可靠的夜间照明。唯一的其它选择是煤油灯，它既危险又昂贵。