Lucio Di Jasio
本文作者為Microchip Technology利用部經(jīng)理
本文作者為Microchip Technology利用部經(jīng)理
近年來，新型固態(tài)照明(SSL)解決計(jì)劃能源效率更高、功效也更加強(qiáng)化，特別是功率發(fā)光二極管(LED)的導(dǎo)進(jìn)更造成照明市場(chǎng)的重大變更。在眾多垂直利用范疇如號(hào)志燈、汽車?yán)煤鸵壕щ娨?LCD TV)背光利用，LED成為令人無法抗拒的調(diào)換計(jì)劃。然而，將LED廣泛利用于普通照明卻并非易事，SSL解決計(jì)劃的本錢和效能無疑將持續(xù)改良，盼看在2010年得以廣泛采用。
SSL搶攻普通照明市場(chǎng)
新型固態(tài)照明轉(zhuǎn)向普通照明市場(chǎng)的標(biāo)題在于市場(chǎng)的容量及慣性，其它高效照明技巧在近幾年也嘗試進(jìn)進(jìn)普通照明市場(chǎng)，但多數(shù)都沒有成功。一種新照明技巧要在復(fù)雜的市場(chǎng)中占領(lǐng)一席之地必需克服種種阻礙，而緊密型熒光燈的正是一例。其與舊產(chǎn)品的兼容性需求也許是最大挑釁，而且很多對(duì)新型固態(tài)照明持猜忌態(tài)度的人指出，嘗試直接改良白熾燈泡照明利用的設(shè)計(jì)存在很大的風(fēng)險(xiǎn)。溫度治理、能量轉(zhuǎn)換和色彩治理都是必需解決的基礎(chǔ)標(biāo)題。產(chǎn)業(yè)界人士開端意識(shí)，不但有必要將傳統(tǒng)的機(jī)電解決計(jì)劃改良為更加高真?zhèn)€電子解決計(jì)劃，而且還須采用智能的數(shù)字把持方法，從而享受此技巧所帶來的收益和本錢的節(jié)儉。
白光為各LED廠切磋論焦點(diǎn)
LED技巧最大的長(zhǎng)處之一在于能夠以電磁輻射的情勢(shì)，產(chǎn)生頻譜極窄的純色光，而且效率高、無熱輻射。假如產(chǎn)生的色彩正好是想要的色彩，固然很好，但是在普通照明利用中，我們真正想要的是“白色”的光。換句話說，我們需要以準(zhǔn)確的比例混雜多種色彩，類似經(jīng)過地球大氣層過濾后達(dá)到人眼時(shí)的太陽光的光譜。
盡管與熒光燈類似，也是通過在藍(lán)光或紫外線發(fā)光器頂部涂上一層含磷材料，才干從LED光源中獲得白光，但實(shí)際含磷材料的成分及其厚度和涂層地位還是所有重要的LED制作商廣泛探討的議題，而這也反應(yīng)到制作商每個(gè)月都會(huì)頒布更新、更高效的研究成果上。而且，產(chǎn)生光的質(zhì)量也不斷提高，人眼感知的質(zhì)量實(shí)際上是通過丈量相干色溫，也就是與燈的感知色非常接近的黑體溫度(CCT)測(cè)得的。這是一個(gè)非常重要的標(biāo)題，由于早期熒光燈所產(chǎn)生的光有些刺眼，因此導(dǎo)致了早期緊密型熒光燈的“冷遇”。
從LED獲得白光的另外一個(gè)方法是按照準(zhǔn)確的比例準(zhǔn)確混雜來自三色發(fā)光器的紅、綠和藍(lán)光(RGB)，這樣不但可以獲得白光，還可以獲得需要的相干色溫。圖1為一個(gè)簡(jiǎn)略利用電路，它應(yīng)用一個(gè)八接腳封裝的8位微把持器把持三色LED。通過簡(jiǎn)略的軟件技巧把持三個(gè)發(fā)光器的相對(duì)亮度，每個(gè)發(fā)光器約可達(dá)到6位分辨率(供給六十四個(gè)亮度等級(jí))，足以對(duì)色彩輸出(白光)進(jìn)行準(zhǔn)確把持和選擇需要的CCT。
圖中的PIC12HV615閃存微把持器整合了分流穩(wěn)壓器、供給8MHz時(shí)鐘的振蕩器、重設(shè)電路和模仿數(shù)字轉(zhuǎn)換器，供給一個(gè)完整而機(jī)動(dòng)的單芯片解決計(jì)劃。此閃存組件的電路內(nèi)可程序化功效也答應(yīng)在生產(chǎn)時(shí)履行色彩校準(zhǔn)過程，從而為補(bǔ)償各種發(fā)光器的性能差別和組件之間的差別供給了一種方法。 @@@@@@@@@@
LED應(yīng)用壽命雖長(zhǎng) 卻易產(chǎn)生色度漂移
圖1中的解決計(jì)劃有很多利用，如利用在請(qǐng)求每個(gè)模塊的色彩輸出與附近模塊的色彩相匹配的汽車儀表板照明中。越來越多稱為情境照明的利用也陸續(xù)呈現(xiàn)，當(dāng)然，也存在一些明顯的缺點(diǎn)。
圖1 簡(jiǎn)略的白光LED系統(tǒng)典范
首先，此解決計(jì)劃的效率較低，由于它是一個(gè)線性解決計(jì)劃，且每個(gè)發(fā)光器串聯(lián)的限流電阻器會(huì)耗費(fèi)一些功率。在利用的全部生命周期中還會(huì)呈現(xiàn)更多的標(biāo)題。
實(shí)際上，LED技巧的重要長(zhǎng)處之一在于極長(zhǎng)的工作壽命，但這也導(dǎo)致了色度漂移的標(biāo)題。LED在工作50,000小時(shí)或更久后，其光輸出會(huì)逐漸降落到其標(biāo)稱值的70％。相較于白熾燈泡在應(yīng)用1,500小時(shí)之后會(huì)忽然報(bào)廢的狀態(tài)，其應(yīng)用壽命確實(shí)很長(zhǎng)。但不幸的是，在這50,000小時(shí)中白光LED的CCT會(huì)產(chǎn)生變更，隨著熒光粉的老化而升溫，趨近于藍(lán)色。即使是RGB LED解決計(jì)劃也會(huì)有類似的標(biāo)題，隨著三色發(fā)光器以不同的速度按照不同的曲線緩慢的老化，還是一樣會(huì)產(chǎn)生CCT色度漂移。
通過應(yīng)用微把持器的智能功效，可以設(shè)計(jì)出多種技巧，以應(yīng)用猜測(cè)算法或通過實(shí)現(xiàn)逝世循環(huán)把持系統(tǒng)來對(duì)組件的老化進(jìn)行補(bǔ)償。很多制作商會(huì)采用對(duì)光色彩敏感的組件，當(dāng)配合簡(jiǎn)略的PID算法應(yīng)用時(shí)可以一次解決色度漂移標(biāo)題，當(dāng)然這樣會(huì)增加解決計(jì)劃的本錢。由于變更是在數(shù)千個(gè)小時(shí)中極其緩慢地進(jìn)行，所以毋須高盤算性能，即使是最低本錢的8位微把持器也可用于實(shí)現(xiàn)此把持機(jī)制。這種機(jī)制不但可以補(bǔ)償LED的老化，還可以補(bǔ)償驅(qū)動(dòng)電路的老化，這個(gè)長(zhǎng)處對(duì)于如此長(zhǎng)的利用壽命時(shí)間而言是非常重要的。
溫度治理為照明利用挑釁
普通照明利用另一挑釁為溫度治理。如前述高功率LED在窄頻譜范疇(在可視光譜中)內(nèi)向外產(chǎn)生電磁輻射時(shí)不會(huì)耗費(fèi)過剩的能量，但仍會(huì)附帶產(chǎn)生熱量。與白熾燈泡等光源的不同之處在于這種熱量只能通過直接接觸(傳導(dǎo))而不是輻射的方法傳遞。為了與白熾燈泡照明系統(tǒng)兼容，會(huì)在普通照明系統(tǒng)如配套設(shè)備的設(shè)計(jì)中強(qiáng)加一些重要的限制。換句話說，為給定額定功率的白熾燈泡設(shè)計(jì)的照明系統(tǒng)很難適應(yīng)同等功率的LED燈，由于熱傳導(dǎo)路徑可能非常有限。高熱阻路徑會(huì)使LED發(fā)光器敏捷過熱，從而損壞含磷材料(對(duì)于白色LED)，并且很快會(huì)損壞LED接合點(diǎn)。
功率轉(zhuǎn)換/把持為L(zhǎng)ED焦點(diǎn)
LED所有焦點(diǎn)都集中在獲得最大發(fā)光效率(lm/W)上，因而驅(qū)動(dòng)/把持電路的效率也必需受到同樣的器重。LED是相對(duì)低電壓組件(Vf～3-4伏特)，與市電供給的高壓110～220伏特完整不匹配。此外，為了工作在最佳的效率等級(jí)和保護(hù)光輸出的恒定，需要準(zhǔn)確把持LED的電流。只有開關(guān)電源能夠供給這種轉(zhuǎn)換所需的高效率。
應(yīng)用多個(gè)恒流驅(qū)動(dòng)拓?fù)鋪砺男兴璧墓β兽D(zhuǎn)換，隔離、功率因子校訂和/或僅改良現(xiàn)有解決計(jì)劃可能都需要應(yīng)用兩級(jí)處理。輸進(jìn)電壓首先下降到中間電壓，在此級(jí)應(yīng)用傳統(tǒng)技巧滿足功率因素校訂(PFC)和高電壓隔離請(qǐng)求，而第二級(jí)負(fù)責(zé)滿足LED電流和溫度把持請(qǐng)求。圖2顯示一個(gè)智能LED解決計(jì)劃，它在恒流配置中采用升壓轉(zhuǎn)換器MCP1630。一個(gè)小型的8位微把持器可供給機(jī)動(dòng)的時(shí)鐘源、可程序化電流設(shè)定點(diǎn)(為了使驅(qū)動(dòng)電路符合不同的LED模塊規(guī)范)以便進(jìn)一步節(jié)儉功耗的調(diào)光功效，還供給應(yīng)用遠(yuǎn)程溫度傳感器(整合的溫度傳感器如MCP9700或熱敏電阻)進(jìn)行的逝世循環(huán)溫度把持。
圖2 聰慧LED解決計(jì)劃示意圖
MCP1630像很多開關(guān)電源把持器一樣，已供給了過溫檢測(cè)功效。但是，由于驅(qū)動(dòng)電路的溫度和實(shí)際LED模塊的溫度有很大的差別，MCP1630的過溫檢測(cè)功效與逝世循環(huán)溫度把持功效可以相互補(bǔ)充?；谖殉制鞯闹悄芙鉀Q計(jì)劃可供給很大的機(jī)動(dòng)性，向LED模塊輸出的功率隨著其溫度逼近臨界閾值而逐步下降，直到達(dá)到平衡，而不是忽然封閉系統(tǒng)或僅發(fā)出警報(bào)。這種功效對(duì)于組件制作商非常重要，特別是在LED燈獨(dú)立于照明系統(tǒng)單獨(dú)設(shè)計(jì)和貿(mào)易運(yùn)作而且無法保證系統(tǒng)溫度設(shè)計(jì)準(zhǔn)確的情況下。
也許采用智能驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，亦即應(yīng)用小型微把持器監(jiān)控LED驅(qū)動(dòng)電路的最大長(zhǎng)處是使解決計(jì)劃具有更多的智能和功效僅須添加幾行程序代碼。利用微把持器內(nèi)置的串行通信接口實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)略的數(shù)字協(xié)議，如DMX-512或DALI，使通信接口易于實(shí)現(xiàn)?？蓱?yīng)用以太網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)更高級(jí)的系統(tǒng)整合，或利用ZigBee協(xié)議實(shí)現(xiàn)無線通信。
而且，在連接每個(gè)照明點(diǎn)之后，可設(shè)計(jì)一個(gè)全新的能量治理系統(tǒng)通過節(jié)能策略，采用更加整體的方法進(jìn)一步提高全部家庭或辦公樓系統(tǒng)的效率。
在通常的情況下，假如新型固態(tài)照明，特別是功率LED解決計(jì)劃要在普通照明中產(chǎn)生影響并實(shí)現(xiàn)潛能，最好是智能解決計(jì)劃--采用價(jià)格低廉的微把持器實(shí)現(xiàn)的小型聰慧，再參加到照明計(jì)劃后可打掃阻礙先前技巧引進(jìn)的很多障礙。智能解決計(jì)劃有助于校準(zhǔn)色彩、調(diào)光、治理熱量和通信，從而使得固態(tài)照明成為當(dāng)今普通照明中與高效節(jié)能理念相符的高性價(jià)比調(diào)換計(jì)劃。