本教程討論了發(fā)光二極管（LED）在通用照明應(yīng)用中發(fā)揮的不斷擴(kuò)大的作用。它將 LED 性能與其他照明技術(shù)進(jìn)行了比較。它還分析了設(shè)計(jì)改造現(xiàn)有照明系統(tǒng)的LED燈的主要挑戰(zhàn)。

LED照明的作用不斷擴(kuò)大

發(fā)光二極管（LED）是一項(xiàng)快速發(fā)展的技術(shù)，正變得適用于許多通用照明應(yīng)用，通常稱為固態(tài)照明（SSL）。LED照明應(yīng)用最相關(guān)的例子是商業(yè)、工業(yè)和住宅環(huán)境中的室內(nèi)使用;戶外應(yīng)用，如路燈和停車燈;以及建筑和裝飾照明，最初采用 LED，因?yàn)樗鼈兡軌虬l(fā)出整個(gè)光譜的顏色。

一段時(shí)間以來，LED一直是建筑照明的有效解決方案。如今，LED正在滲透主流通用照明市場(chǎng)，這要?dú)w功于與其他照明技術(shù)相比，其性能更高：

它們比其他照明技術(shù)具有更長的使用壽命。LED可以工作50，000小時(shí)，而白熾燈為1，000至2，000小時(shí)，緊湊型熒光燈（CFL）約為5，000至10，000小時(shí)。這種顯著更長的使用壽命使LED成為許多商業(yè)和工業(yè)照明應(yīng)用的理想選擇，在這些應(yīng)用中，更換燈的勞動(dòng)力成本很高。

它們的能效優(yōu)于白熾燈和鹵素?zé)簦ǔＯ喈?dāng)于熒光燈。此外，LED的功效也在不斷提高;白光LED（WLED）的功效現(xiàn)在預(yù)計(jì)在未來三到四年內(nèi)將提高約50%。

它們的外形小巧。LED 適合某些外形尺寸，如 MR16 和 GU10 燈，而 CFL 則不適合。

可以使用適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)程序?qū)⑺鼈冋{(diào)暗。當(dāng)應(yīng)用需要調(diào)光時(shí)，熒光燈會(huì)帶來技術(shù)限制。盡管傳統(tǒng)的LED設(shè)計(jì)也遇到了類似的問題，但Analog 的創(chuàng)新 LED 驅(qū)動(dòng)器與可控硅和后沿調(diào)光器兼容。

它們可以提供聚焦光。與其他照明技術(shù)不同，LED更適合需要非常定向光的窄角反射燈等應(yīng)用。

它們的功效在較低溫度下得到改善。熒光燈的功效在較低溫度下會(huì)降低。相比之下，LED非常適合冰箱照明等環(huán)境溫度較低的應(yīng)用。

改變其發(fā)射光的顏色非常容易。這使得RGB LED成為建筑和氛圍照明等應(yīng)用的理想選擇，在這些應(yīng)用中，燈光的顏色必須實(shí)時(shí)變化。

總之，與白熾燈、鹵素?zé)艉蜔晒鉄粝啾龋琇ED 具有許多優(yōu)勢(shì)。因此，設(shè)計(jì)師繼續(xù)尋找LED照明的更多應(yīng)用，但這種討論可能會(huì)消耗我們很長時(shí)間。本次審查將僅關(guān)注兩個(gè)但相當(dāng)及時(shí)的應(yīng)用：LED改裝燈和遙控LED照明。

LED 改裝燈用于替換同一插座中的白熾燈、鹵素?zé)艋驘晒鉄簟＿@些 LED 燈必須適合現(xiàn)有外形尺寸，并與現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施兼容。

用于遙控照明的 LED 在調(diào)光和改變燈光顏色方面具有更大的靈活性。LED燈本質(zhì)上是數(shù)字系統(tǒng)，可以直接集成照明自動(dòng)化的通信。使用無線或電力線通信 （PLC） 遙控器可降低功耗、降低運(yùn)營和維護(hù)成本，并實(shí)現(xiàn)新的 LED 應(yīng)用。

發(fā)光二極管改裝燈

許多人會(huì)爭(zhēng)辯說，LED改造燈市場(chǎng)是當(dāng)今LED照明增長最快的應(yīng)用。這種快速增長的原因其實(shí)很簡單：這些燈不需要新的電氣基礎(chǔ)設(shè)施（即電纜、變壓器、調(diào)光器和插座），這是 LED 技術(shù)的顯著優(yōu)勢(shì)。

將LED燈安裝到現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施中，主要在兩個(gè)方面給設(shè)計(jì)人員帶來挑戰(zhàn)：

外形規(guī)格。改裝燈必須適合先前光源的外形尺寸。

電氣兼容性。改造燈必須正常工作，并且在現(xiàn)有電氣基礎(chǔ)設(shè)施中沒有光閃爍。

我們將依次討論每個(gè)挑戰(zhàn)。

適合現(xiàn)有外形規(guī)格

現(xiàn)有的外形尺寸對(duì)改裝燈施加了物理限制（即驅(qū)動(dòng)板必須足夠小）和熱限制。這些限制給替換燈的設(shè)計(jì)帶來了挑戰(zhàn)（例如，PAR、R 和 A 外形尺寸），對(duì)于 MR16 和 GU10 等較小外形尺寸來說，這些挑戰(zhàn)尤其難以克服。因此，Analog 為MR16840應(yīng)用提供集成MOSFET （MAX16）的驅(qū)動(dòng)器IC。

雖然尺寸對(duì)于改造很重要，但熱限制通常更為關(guān)鍵。LED 僅發(fā)出可見光;它們不像其他技術(shù)那樣以紅外波長照射能量。因此，雖然LED比白熾燈或鹵素?zé)舾?jié)能，但它們通過燈中的熱傳導(dǎo)散發(fā)更多的熱量。

散熱也是燈可以產(chǎn)生的光量的主要限制因素。如今的改造燈中的LED技術(shù)幾乎無法達(dá)到主流市場(chǎng)可接受的亮度水平。突破亮度極限，從而突破熱設(shè)計(jì)對(duì)于設(shè)計(jì)商業(yè)上成功的產(chǎn)品至關(guān)重要。

散熱的一個(gè)必然問題是驅(qū)動(dòng)板的使用壽命。為了發(fā)出更多的光，燈必須在相當(dāng)高的溫度（+80°C至+100°C）下工作。在這些溫度下，驅(qū)動(dòng)板的使用壽命會(huì)限制整個(gè)燈的運(yùn)行。電解電容器是最大的挑戰(zhàn)，因?yàn)樗鼈兪堑谝粋€(gè)在高溫下失效的組件。

Analog 的 120V AC/230V AC 和 12V AC 驅(qū)動(dòng)器解決方案為客戶提供了不使用電解電容器的選項(xiàng)，前提是他們可以接受更高的 LED 紋波電流。如果客戶決定使用電解電容器，模擬驅(qū)動(dòng)器解決方案具有容錯(cuò)能力：電解電容器的劣化會(huì)導(dǎo)致LED紋波電流增加，但燈不會(huì)失效。

匹配電氣基礎(chǔ)設(shè)施

改造后的LED燈必須在包括切割角（三端雙向可控硅或后緣）調(diào)光器和電子變壓器在內(nèi)的基礎(chǔ)設(shè)施中正常工作。

在 120V AC/230V AC 線路上工作時(shí)，燈之前可以配備一個(gè)三端雙向可控硅調(diào)光器。三端雙向可控硅調(diào)光器設(shè)計(jì)用于與白熾燈和鹵素?zé)襞浜鲜褂茫鼈兪峭昝赖?a target="_blank">電阻負(fù)載。然而，對(duì)于LED改裝燈，LED驅(qū)動(dòng)器通常是一個(gè)非常非線性的，而不是純粹的阻性負(fù)載;當(dāng)交流輸入電壓處于正峰值和負(fù)峰值時(shí)，其輸入橋式整流器通常會(huì)產(chǎn)生短暫的高強(qiáng)度電流峰值。這種 LED 行為不允許三端雙向可控硅調(diào)光器正常工作，因?yàn)樗炔惶峁┧璧膯?dòng)電流，也不提供保持電流。結(jié)果，調(diào)光器在操作時(shí)無法正常啟動(dòng)或關(guān)閉，并且LED燈閃爍。

對(duì)于12V AC輸入燈來說，電氣基礎(chǔ)設(shè)施甚至更加復(fù)雜，因?yàn)殡娮幼儔浩骱秃笱卣{(diào)光器可以連接到燈的輸入端。同樣，使用傳統(tǒng)橋式整流器和DC-DC轉(zhuǎn)換器拓?fù)涞?2V AC輸入燈驅(qū)動(dòng)器由于與變壓器和調(diào)光器不兼容而閃爍。

Analog 的 120V AC/230V AC 和 12V AC 輸入燈的 LED 解決方案使用單級(jí)轉(zhuǎn)換。通過調(diào)整輸入電流，使燈光即使在調(diào)暗時(shí)也不會(huì)閃爍，這些解決方案與三端雙向可控硅和后沿調(diào)光器以及電子變壓器兼容。MR16 燈沒有其他解決方案提供此功能;很少有 PAR、R 和 A 燈的解決方案能提供這種解決方案。此外，這些解決方案提供優(yōu)于0.9的功率因數(shù)校正，并且需要的外部元件數(shù)量非常有限。120V AC/230V AC輸入方案采用MAX16841，12V AC方案采用MAX16840。

MR16 和離線燈的框圖。

審核編輯：郭婷