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通用照明市場常用的光源包括白熾燈、緊湊型熒光燈(cfl),、線性熒光燈、高強度氣體放電燈(hid)以及新興的高亮度發(fā)光二極管(hbled)等,。隨著人們綠色環(huán)保意識的提高,,通用照明市場也成為業(yè)界致力提高能效的重要目標。
就能效(總輸出流明與輸入功率比,,lm/w)而言,,不同的通用照明光源中,白熾燈的能效相對較低,,標準60 w白熾燈能效范圍介于10至13lm/w之間(總輸出為600至800 lm),,而cfl的典型能效達55至60 lm/w(由于光損耗,55lm/w的cfl燈具的凈能效僅在28至50 lm/w之間),。其它的光源,,如金屬鹵素hid燈能效約在80lm/w,但在燈光投射路徑上會有大量的損耗,。相比較而言,,led擁有著越來越高的能效,業(yè)界近期宣稱的最強的白光led研發(fā)能力達到了132至136lm/w,,色溫達(4,,500-6,000k),。實際上,,led的低壓、小體積,、定向光,、固態(tài)器件、長工作壽命等優(yōu)勢,,對于通用照明特別具有吸引力,。led通用照明系統(tǒng)面臨的要求及挑戰(zhàn)對于led在通用照明中的應用,,需要從系統(tǒng)的角度來分析其要求。
總的來看,,led通用照明系統(tǒng)涉及到led光源(緊湊高效,,提供寬廣范圍的色彩和輸出功率)、電源轉(zhuǎn)換(將交流墻式插座,、電池,、太陽能電池的電源高效地轉(zhuǎn)換至安全的低壓直流電源)、控制和驅(qū)動(采用電子電路對led進行穩(wěn)壓和控制),、熱管理(結(jié)點溫度控制非常重要,,需要分析散熱,從而實現(xiàn)更長的工作壽命)及光學器件等,。要開發(fā)高能效的led通用照明解決方案,,這幾方面的要求都非常重要。其中,,本文主要討論led的.控制和驅(qū)動,,同時也會在下文的太陽能供電街燈照明示例中結(jié)合討論高效的電源轉(zhuǎn)換問題。
對于led驅(qū)動而言,,它面臨的主要挑戰(zhàn)就在于led的非線性,。體現(xiàn)在led的正向電壓會隨著電流和溫度而變化,不同led器件的正向電壓會有差異,,led“色點”會隨著電流和溫度而漂移,,而且led必須在規(guī)范要求的范圍內(nèi)工作從而實現(xiàn)可靠工作。而led驅(qū)動器的主要作用,,就是在工作條件范圍內(nèi)限制電流,,而無論輸入條件和正向電壓如何變化。對于led驅(qū)動電路而言,,除了進行恒流穩(wěn)流,,還面臨著其它一些關鍵要求。例如,,如果需要led調(diào)光,,通常采用的是脈寬調(diào)制(pwm)調(diào)光技術;而用于led調(diào)光的典型pwm頻率是1至3khz.此外,,led驅(qū)動電路的功率處理能力必須充足,,且功能強固,可以承受多種故障條件,,并且要易于實現(xiàn),。
通用照明電源轉(zhuǎn)換及l(fā)ed驅(qū)動示例根據(jù)具體應用的不同,led可能會采用不同的電源來供電,如交流線路,、太陽能板,、12v汽車電池、直流電源或低壓交流系統(tǒng),,甚至是基于堿和鎳的電池或鋰離子電池等,。采用寬輸入范圍的直流-直流(dc-dc)電源為led供電許多高亮度led應用工作在高至40 vdc范圍的電源,如活動式照明,、景觀和照明,、汽車和交通照明、太陽能供電照明,,以及陳列柜照明等,。以太陽能電池板供電為例,提高太陽能電池板的光電轉(zhuǎn)換能效(目前僅為約30%)非常重要,。太陽能電池板的電壓-電流(v-i)特性曲線呈現(xiàn)非線性和可變性,,要從中析取最大量的電能非常困難。這需要太陽能led街燈的充電控制器及其它相關電子電路(一般采用微控制器來實現(xiàn))盡可能地提高能效,,從而發(fā)揮最大優(yōu)勢,。
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