LED家庭照明應(yīng)用解決方案

電子產(chǎn)業(yè)已經(jīng)為LED照明搭建了重要的舞臺(tái)，并為幾乎每種家庭和商業(yè)應(yīng)用都準(zhǔn)備了豐富的產(chǎn)品。

LED的好處不僅得到了廣泛宣傳，而且其更高效率、更長(zhǎng)產(chǎn)品壽命、更低成本和環(huán)保的性能已得到證實(shí)。LED照明已經(jīng)準(zhǔn)備就緒，那么LED照明何時(shí)會(huì)走入尋常百姓家？

雖然我們經(jīng)常會(huì)看到LED的新用途，但用于一般照明應(yīng)用的LED似乎已經(jīng)非常完善。當(dāng)然，在亮度和效率方面還有提升的空間，但從大的方面看，除了商業(yè)和特殊效果照明外，LED已經(jīng)達(dá)到最高發(fā)展水平了嗎？LEDtronics公司營(yíng)銷經(jīng)理Jordon Papanier相信不會(huì)再出現(xiàn)任何本質(zhì)性的設(shè)計(jì)突破。

“在適合標(biāo)準(zhǔn)A19燈泡封裝尺寸的普通LED室內(nèi)燈流行之前，每流明瓦數(shù)仍需要進(jìn)一步提高。”他表示。

另一方面，Microsemi公司照明與汽車產(chǎn)品部營(yíng)銷總監(jiān)Irene Signorino則更為樂(lè)觀。

“總的來(lái)說(shuō)，LED照明市場(chǎng)無(wú)疑仍處于培育階段。確實(shí)有些特殊LED應(yīng)用在一些行業(yè)分析師看來(lái)已經(jīng)成熟，但是，大部分市場(chǎng)仍具備許多開放可能性?！彼赋觥?/p>

“在達(dá)到最高水平之前我們?nèi)杂性S多工作要做。大多數(shù)產(chǎn)品非常好，在總的光照和色彩質(zhì)量方面能夠給消費(fèi)者提供與白熾燈相似的體驗(yàn)，并且功耗低得多。這已經(jīng)足夠引起人們對(duì)LED照明的興趣了。不過(guò)仍有改進(jìn)的空間?！?a href="http://ttokpm.com/tags/ti/" target="_blank">TI公司照明電源產(chǎn)品部策略營(yíng)銷總監(jiān)Peter DiMaso表示。

“關(guān)鍵的設(shè)計(jì)突破將來(lái)自以極具成本效益的方式給簡(jiǎn)單的電燈泡替換增加通信和智能功能，包括智能占位檢測(cè)、色彩調(diào)整、遠(yuǎn)程控制以及可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)的無(wú)線或有線技術(shù)等?！盌iMaso表示。

因此，在固態(tài)照明（SSL）前沿領(lǐng)域我們還未達(dá)到最高發(fā)展水平，仍有改進(jìn)和創(chuàng)新的空間。

“當(dāng)人們提起SSL時(shí)，他們總是只想到LED，并且只是單個(gè)元件。”O(jiān)sram Sylvania公司固態(tài)照明與新興市場(chǎng)部門高級(jí)總監(jiān)Makarand Chipalkatti指出。

“在總的發(fā)光系統(tǒng)中仍有許多工作要做，其中包括光學(xué)、架構(gòu)集成、功率分布、控制和通信等，而最關(guān)鍵的是人的因素，應(yīng)理解發(fā)光系統(tǒng)不只是燈泡，關(guān)鍵是光線輸出。”Chipalkatti提醒道。

“普通照明：我們正處于LED爆炸式增長(zhǎng)的早期階段，”Tranxon Technologies與e：cue lighting control公司總裁Tony Carrella表示，“消費(fèi)產(chǎn)品在不斷改進(jìn)，也就是說(shuō)，每瓦流明數(shù)、CRI（染色指數(shù)）、成本和制造替代將可能成為最活躍的領(lǐng)域。”

SSL技術(shù)發(fā)展的障礙

LED照明更加高效，因此能夠降低電費(fèi)。由于LED具有很長(zhǎng)的壽命，因此通過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行更是顯得便宜。SSL可以達(dá)到傳統(tǒng)白熾燈和冷陰極熒光燈（CCF）照明的亮度，甚至更高，而且可以調(diào)光。

那么，大多數(shù)消費(fèi)者轉(zhuǎn)向全LED照明的最大障礙又是什么呢？幾乎每個(gè)人都同意，成本是SSL得到普及的最大障礙。在前端市場(chǎng)，LED照明并不便宜。

“對(duì)大多數(shù)消費(fèi)者來(lái)說(shuō)主要的障礙還是價(jià)格。”Future Lighting Solutions公司全球營(yíng)銷通信經(jīng)理Heather Goldsmith認(rèn)為，“在傳統(tǒng)燈泡只需幾個(gè)美元的情況下，消費(fèi)者是不愿意在LED燈上花20至30美元的。即使是電費(fèi)高漲，大多數(shù)消費(fèi)者也不愿意對(duì) LED照明作出初始成本投資。”

除了價(jià)格外，還有其它一些有趣的因素阻礙著SSL技術(shù)的發(fā)展。

“對(duì)大多數(shù)消費(fèi)者來(lái)說(shuō)最大的障礙無(wú)疑是價(jià)格。”ERG Lighting公司新業(yè)務(wù)開發(fā)經(jīng)理Mike Kretzmer表示，“然而，缺少標(biāo)準(zhǔn)化以及早期產(chǎn)品令人懷疑的質(zhì)量也如影相隨。更要命的是，LED是電子產(chǎn)品，而且照明一直屬于電氣領(lǐng)域，這將在設(shè)計(jì)燈具和購(gòu)買燈具的人之間產(chǎn)生相當(dāng)大的知識(shí)隔閡。”

“主要問(wèn)題總是這樣一個(gè)事實(shí)：任何LED燈泡替換品不可避免要比替換掉的電燈泡昂貴得多。”國(guó)際整流器公司（IR）LED部門經(jīng)理Peter B.Green表示。

“其它阻礙因素涉及與電燈泡相比的光源性能，包括可調(diào)光能力、色溫、或LED發(fā)射光的白度、相對(duì)電燈泡的發(fā)光量，以及光線是否能高效而均勻地分布，并且不產(chǎn)生暗區(qū)或奇怪圖案?！彼赋觥?/p>

“經(jīng)常提及的LED普及障礙是價(jià)格。消費(fèi)者仍然還有一種丟棄心理，他們希望能以白熾燈和CFL（緊湊型熒光燈）相同的價(jià)格購(gòu)買到更好的光源。”美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司SSL事業(yè)部應(yīng)用工程師Matt Reynolds表示。

“消費(fèi)者很難理解SSL的回報(bào)和長(zhǎng)壽命優(yōu)點(diǎn)，總的來(lái)說(shuō)還是不明白LED照明能提供什么?！盧eynolds補(bǔ)充道，“培養(yǎng)公眾意識(shí)并確保我們不掉進(jìn)CFL陷阱（一種可靠性很差的光源）將是關(guān)鍵，而且可靠性和良好回報(bào)的證據(jù)需要展示出來(lái)?！?/p>

除了成本外，Optek公司可視LED產(chǎn)品工程師Daniel Jacobs提供了其它一些可能的阻礙來(lái)源。“知識(shí)也會(huì)造成一點(diǎn)點(diǎn)障礙，因?yàn)橄M(fèi)者一般不熟悉SSL技術(shù)?！彼赋觯板e(cuò)誤的感覺(jué)也是個(gè)問(wèn)題。便宜、低性能的產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入市場(chǎng)，并損害了LED產(chǎn)品的聲譽(yù)。例如，LED交通信號(hào)是最顯著的LED應(yīng)用之一，但其可靠性表現(xiàn)得非常差。”

總結(jié)LED制造商的觀點(diǎn)可以發(fā)現(xiàn)，SSL面臨的最大障礙是價(jià)格、消費(fèi)者意識(shí)和相關(guān)知識(shí)，以及可靠性證據(jù)。假如針對(duì)這些問(wèn)題的解決方案正在開發(fā)中，那么何時(shí)我們能看到LED得到廣泛普及呢？

LED照明市場(chǎng)已準(zhǔn)備就緒

LED照明問(wèn)世已經(jīng)有很長(zhǎng)一段時(shí)間了，那么如何才能將SSL推廣進(jìn)每個(gè)家庭呢？也許要一點(diǎn)政府強(qiáng)大的支持，類似聯(lián)邦通信委員會(huì)強(qiáng)制向公眾推廣數(shù)字電視那樣？LED什么時(shí)候能夠完全作為主要的光源呢？

“我的感覺(jué)是，如果沒(méi)有政府的強(qiáng)制措施或推動(dòng)，SSL照明的普及將非常緩慢，達(dá)到完全替換的程度可能要用10至20年。”Global Lighting Technologies公司銷售總監(jiān)Brett Shriver表示。

“政府已經(jīng)在通過(guò)節(jié)能立法影響市場(chǎng)，這意味著替換其實(shí)已經(jīng)開始。”Sabic Innovative Plastics公司LED/照明部全球產(chǎn)品營(yíng)銷經(jīng)理Hans-Otto Schlothauer指出。

“在有更好的標(biāo)準(zhǔn)化或政府推動(dòng)之前，一般民眾不可能完全支持這種技術(shù)。”ERG公司的Mike Kretzmer表示。

談到完全轉(zhuǎn)向SSL，Supertex公司營(yíng)銷副總裁Hernan DeGuzman謹(jǐn)慎地將其與數(shù)字電視作了比較。“成本是一個(gè)壓倒性的因素。對(duì)消費(fèi)者來(lái)說(shuō)，數(shù)字電視的成本已經(jīng)下降到與模擬電視相當(dāng)?shù)某潭取Ｍ瑯?，LED 燈的成本也必須降低到與白熾燈相同或稍高一點(diǎn)?！彼J(rèn)為。

IR公司的Peter B.Green指出，由于LED光源相對(duì)較高的成本，也許有必要通過(guò)禁止白熾燈來(lái)推進(jìn)SSL的普及?！拔夜烙?jì)在今后10年中LED將成為一般性應(yīng)用的主要光源?！彼硎尽?/p>

除了成本和政府強(qiáng)制措施外，F(xiàn)uture Lighting公司的Heather Goldsmith持更有針對(duì)性并且樂(lè)觀的觀點(diǎn)?！爱?dāng)針對(duì)通用照明市場(chǎng)領(lǐng)域的照明解決方案關(guān)注于標(biāo)準(zhǔn)而不是定制解決方案時(shí)，LED就將擔(dān)當(dāng)主角。如今市場(chǎng)已經(jīng)作好準(zhǔn)備。因此對(duì)于何時(shí)普及的答案就在為每個(gè)用戶應(yīng)用找到正確的LED解決方案之中。”她指出。

LED照明解決方案

對(duì)于消費(fèi)者和商業(yè)用戶來(lái)說(shuō)，市場(chǎng)上并不缺乏LED照明產(chǎn)品。例如，ERG Lighting公司的eDriver系列LED電源就包括恒壓和恒流模塊（圖1），每種都能達(dá)到90%的效率。這些模塊都是完全隔離型模塊，提供通用輸入（120、220、277V），功率因素校正大于90%，并具有0至10V的調(diào)光功能。

圖1 ERG Lighting公司的eDriver系列LED電源就包括恒壓和恒流模塊

Global Lighting Technologies公司通過(guò)整合邊緣光LED導(dǎo)光技術(shù)和大批量生產(chǎn)能力，提供細(xì)長(zhǎng)、輕型、高效和極具成本效益的槽型聚光燈（圖2）產(chǎn)品，這些產(chǎn)品可以發(fā)出明亮均勻的光線，沒(méi)有熱點(diǎn)或暗區(qū)。尺寸為23.5x23.5英寸，厚度為0.35英寸，重量不到3kg，這種器件可以提供超過(guò)60流明每瓦的亮度、 4000K/6000K的色溫，功耗為45W。

圖2 Global Lighting Technologies公司的槽型聚光燈

LEDtronics公司的焰舌型表貼LED枝型裝飾燈采用焰舌形狀、紫外線保護(hù)的塑料透鏡外殼，允許LED在多個(gè)方向（圖3）上發(fā)出三維光，主要用于家庭照明應(yīng)用。DEC02SMB11E26系列燈的功耗是3W，可提供174至202流明照度。另外，這種燈可以提供360°的放射光束和135°的視角。

圖3 LEDtronics公司的焰舌型表貼LED枝型裝飾燈針對(duì)的是家庭照明應(yīng)用

Microsemi 公司推出的LXMG221W-0700034-D0電源模塊（圖4）支持5至16個(gè)LED，提供90至305Vac的通用輸入電壓范圍。這種產(chǎn)品的總諧波失真（THD）不到20%，可恒流單串輸出700mA電流，在高達(dá)34W負(fù)載條件下可提供14至48V直流輸出電壓，峰值效率為90%。同時(shí)可以通過(guò)0至 10V的調(diào)光控制和電位計(jì)調(diào)至10%。

圖4 Microsemi公司推出的LXMG221W-0700034-D0電源模塊

Osram 的超白Oslon SSL LED（圖5）尺寸僅為3x3mm，但可以提供高達(dá)1W的輸出和100lm/W的發(fā)光效率。這種LED的光束角度達(dá)80°，在熱阻為7K/W，工作電流 350mA下，超白光（5700K和6500K）典型亮度可達(dá)110流明，最大光通量為130流明。

圖5 Osram的超白Oslon SSL LED（采用3x3mm的緊湊型尺寸，但可以提供高達(dá)1W的輸出）

Supertex公司的AT9917和AT9932 LED驅(qū)動(dòng)器主要用于汽車照明應(yīng)用，如頭燈、尾燈和頂燈、指示燈以及儀表板背光燈。AT9917使用峰值電流模式控制方案驅(qū)動(dòng)單個(gè)開關(guān)轉(zhuǎn)換器，并 集成了跨導(dǎo)放大器和采用外部FET的故障輸出電路。AT9932采用前饋電流控制方案，降低了對(duì)輸入電壓瞬變的易感性。

TI公司的TMDSDCDCLEDKIT LED DC-DC開發(fā)套件基于Piccolo?MCU和controlCARD開發(fā)平臺(tái)，它將所有必要的硬件和軟件捆 綁在一起，可用來(lái)開發(fā)數(shù)字控制的LED系統(tǒng)。一個(gè)MCU可以控制DC-DC電源級(jí)電路和多達(dá)8個(gè)LED串。值得注意的是，這個(gè)套件是完全開源的，同時(shí)提供 Gerber文件、原理圖和材料清單（BOM），并且都是免費(fèi)的。

來(lái)及其他技術(shù)的挑戰(zhàn)

技術(shù)歷經(jīng)提出、開發(fā)、發(fā)展和變化的過(guò)程，有時(shí)它們會(huì)誤入歧途。在任何給定的技術(shù)中，競(jìng)爭(zhēng)性的變化和替代技術(shù)通常能保持市場(chǎng)的興趣。在通用照明市場(chǎng)上還有哪種照明技術(shù)能與LED激烈競(jìng)爭(zhēng)呢？ERG公司的Mike Kretzmer認(rèn)為CFL有可能。

“過(guò)去幾年中許多CFL的壽命延長(zhǎng)了兩倍多，并且初始成本仍遠(yuǎn)低于許多家庭應(yīng)用中的LED。然而，在CFL調(diào)光功能得到顯著改進(jìn)以及出于處理目的不使用汞和其它有害副產(chǎn)品制造它們的技術(shù)出現(xiàn)之前，CFL很難僅靠成本與SSL競(jìng)爭(zhēng)?！?/p>

“射頻等離子是一種更高功率的技術(shù)，而量子點(diǎn)技術(shù)是未來(lái)的新秀。”TI公司的Peter DiMaso表示。

“HID（高亮度放電）照明仍保持著一定的市場(chǎng)份額，因?yàn)榕c熒光燈相比它們具有很高的每瓦流明數(shù)和較長(zhǎng)的壽命，雖然遠(yuǎn)低于LED。感應(yīng)照明也繼續(xù)保持了一定的市場(chǎng)份額。這些光源可能最終都會(huì)被LED取代，但不是幾年中能完成的。”IR公司的Peter B.Green指出。

“一些研究人員正在開發(fā)大功率OLED（有機(jī)LED），準(zhǔn)備用它制造出辦公室和家庭使用的超薄光板，但這些光板發(fā)熱嚴(yán)重，甚至比鹵素?zé)暨€熱。這些光板的長(zhǎng)度是 2英尺或4英尺，或者可覆蓋天花板或房間的墻壁?！癓EDtronics公司的Jordon Papanier表示。

但業(yè)界的主流意見(jiàn)認(rèn)為，LED將是未來(lái)SSL技術(shù)的主宰?！澳壳拔覜](méi)有看到任何大的威脅。”美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司的Matt Reynolds表示。
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