LED照明原理和穩(wěn)定性極其節(jié)能效果
目前，我國(guó)已經(jīng)將LED照明等的研制和推廣放到了一個(gè)非常重要的位置。下面就從LED照明的原理、LED照明的亮度與穩(wěn)定性、LED照明的節(jié)能效果等幾個(gè)方面進(jìn)行探討。
一、LED發(fā)光源工作原理及特性
發(fā)光二極管是半導(dǎo)體材料合成的二極管，由PN結(jié)組成，當(dāng)外加正向電壓時(shí)，電子與電洞結(jié)合以光子形式釋出能量，因此具有發(fā)光特性。而其光源在靠近PN接口毫米以?xún)?nèi)產(chǎn)生，發(fā)光的波長(zhǎng)取決于材料之特性而有不同發(fā)光顏色，常見(jiàn)有紅、黃、綠、藍(lán)發(fā)光二極管。發(fā)光二極管發(fā)光亮度可以通過(guò)工作電壓(電流)的大小來(lái)調(diào)節(jié)。在很大的工作電流范圍內(nèi)，發(fā)光二極管的亮度隨電流的增大而提高。
二、LED照明亮度穩(wěn)定性
發(fā)光二極管的亮度隨電流的大小而不同，且制造出來(lái)的發(fā)光二極管，其電壓與電流曲線稍有差異，因而LED照明的亮度常隨電源電壓的變動(dòng)而無(wú)法穩(wěn)定。為維持亮度穩(wěn)定一致，需要發(fā)光二極管恒流驅(qū)動(dòng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。恒流驅(qū)動(dòng)器可以使得發(fā)光二極管工作在固定電流模式，因而亮度穩(wěn)定性高。恒流驅(qū)動(dòng)器也讓發(fā)光二極管長(zhǎng)期工作在一定電流下，使其維持較長(zhǎng)壽命。
一般來(lái)講，恒流驅(qū)動(dòng)器的輸出電流可通過(guò)外置電阻來(lái)進(jìn)行確定。至少應(yīng)具有±6%精度電流與通道間±3%匹配精度，可用于路燈、燈管等照明設(shè)備。為節(jié)能考慮，系統(tǒng)設(shè)計(jì)需考慮恒流驅(qū)動(dòng)器的跨壓在0.5V～2V之間。由于發(fā)光二極管長(zhǎng)時(shí)間工作在恒定電流下，其跨壓稍有下降，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)考慮跨壓下降的影響。
三、LED照明節(jié)能考慮
發(fā)光二極管照明優(yōu)點(diǎn)是節(jié)能、安全，但由于恒定電流工作考慮，能耗會(huì)相應(yīng)有所增加，因此照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)以低能耗為首要目標(biāo)。前面提到恒流驅(qū)動(dòng)器的壓降在2V以?xún)?nèi)，就是一種考慮低能耗的設(shè)計(jì)，若系統(tǒng)的電源端電壓與串接發(fā)光二極管壓降超過(guò)2V以上，則需考慮以電壓轉(zhuǎn)換器來(lái)達(dá)到低能耗目標(biāo)，但仍維持恒定電流工作模式。低能耗的電壓轉(zhuǎn)換器是以開(kāi)關(guān)式方式工作，依據(jù)反饋電路控制開(kāi)關(guān)周期，達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓。但為了維持發(fā)光二極管恒定電流工作狀態(tài)，反饋電路是以輸出電流來(lái)控制轉(zhuǎn)換器開(kāi)關(guān)周期。
目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的LED照明產(chǎn)品中，電源輸入系統(tǒng)為兩類(lèi)：一類(lèi)前端為AC電源輸入系統(tǒng)加上后端的定電流控制模塊，此類(lèi)產(chǎn)品包括冷凍柜燈條、室內(nèi)燈具、路燈、臺(tái)燈、MR16、AR111等。另一類(lèi)為交流電源直接輸入系統(tǒng)整合AC/DC轉(zhuǎn)換器和恒定電流線路，此類(lèi)產(chǎn)品包括E27和GU10等燈泡型LED燈、PAR燈、T5和T8LED燈管等。
第一類(lèi)電源設(shè)計(jì)除了應(yīng)選擇前端效率較佳的恒定電壓電源供應(yīng)器外，后端恒定電源控制的電源模塊則依其產(chǎn)品特性采用效率較佳的電源設(shè)計(jì)。其優(yōu)點(diǎn)在于前端AC/DC的電源供應(yīng)器，如開(kāi)關(guān)電源、DC適配器等恒定電壓電源，可選擇性高且大多具有符合標(biāo)準(zhǔn)的方案，從而能夠降低設(shè)計(jì)的門(mén)檻。
第二類(lèi)電源設(shè)計(jì)由于整合了AC/DC的電路和恒定電流電路，故可符合較小空間的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，但從功率因子、電源效率和標(biāo)準(zhǔn)化的角度來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)也存在一些難度。因此，當(dāng)前市場(chǎng)此類(lèi)產(chǎn)品很少能達(dá)到高發(fā)光效率、高功率因子(>0.9)的標(biāo)準(zhǔn)。
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