2022年行業(yè)分析大功率LED照明調(diào)光技術(shù)的發(fā)展與未來

大功率LED照明調(diào)光技術(shù)的發(fā)展與未來隨著全球工業(yè)的進(jìn)展，在工業(yè)化過程中二氧化碳排放的大量增加，全球氣候惡化，各地洪澇旱災(zāi)、冰雹雪災(zāi)時有創(chuàng)紀(jì)錄之勢，嚴(yán)峻威逼著人類的生存。為共同應(yīng)對威逼，2022年12月,各國首腦聚集哥本哈根，商討節(jié)能減排大計，各地樂觀制定和推行低碳方案。作為綠色、環(huán)保節(jié)能的LED照明，越來越受各國青睞，中國的“十城萬盞”，美國洛杉磯的“十四萬盞方案”正如火如荼推行。而調(diào)光技術(shù)在LED照明中的勝利應(yīng)用將進(jìn)一步提高節(jié)能減排的效果。

一、調(diào)光的必要性

電能作為一種綠色能源，在各國能源應(yīng)用領(lǐng)域中占越來越大的比重。據(jù)中國工程院院士陳良惠調(diào)查得出結(jié)論，估量在2022年，全國的用電量將達(dá)2.7萬億度，其中照明用電量將超過3000億度。因LED照明耗電僅為傳統(tǒng)白熾燈和HID燈的1/3，若采納LED燈替換現(xiàn)有的傳統(tǒng)燈具，將有望節(jié)約電能2/3。其節(jié)省能源的效果可見一斑。

調(diào)光技術(shù)的應(yīng)用將進(jìn)一步降低耗能，節(jié)約照明用電。目前，公共照明用電占整個照明領(lǐng)域三分之一，高達(dá)1000億度。在國內(nèi)，城市一般從傍晚5：30或6：00開頭亮燈，然而小型城市在夜晚9點(diǎn)后、大中城市在午夜12點(diǎn)后，道路上路人稀有，即使在北京、上海及廣州等繁華的都市，凌晨2、3點(diǎn)之后，道路上也罕見行人和車輛。從這一段時間開頭至早晨6點(diǎn)路燈熄滅，在低交通流量的道路上仍保持較高的照度明顯沒有非常的必要。若能采納調(diào)光技術(shù)，使得LED路燈的輸出功率在午夜12點(diǎn)后隨著交通流量的削減而降低至一半，將節(jié)省用電高達(dá)500億度，相當(dāng)于節(jié)省了2022年三峽電站全年發(fā)電量的大約八分之五(三峽電站2022年發(fā)電798.5億千瓦時)，節(jié)能效果特別顯著。

采納調(diào)光技術(shù)，降低輸出功率，將顯著改善LED燈具的工作環(huán)境，延長燈具壽命，提高牢靠性。影響LED燈具牢靠性的關(guān)鍵因素是溫度。無論是LED驅(qū)動電源還是LED芯片，環(huán)境溫度越高，其壽命和牢靠性會急劇下降。圖一為LED驅(qū)動電源壽命與溫度關(guān)系，當(dāng)環(huán)境溫度為25℃時LED電源壽命高達(dá)320,000小時，而當(dāng)溫度上升至60℃時，LED電源的壽命將縮短至只有35，000小時。

圖一LED驅(qū)動電源壽命與溫度曲線

溫度越高，LED芯片的光衰也明顯加劇。如圖二為Cree公司的LED光源光衰曲線。從圖中可以看出，LED的光衰和它的結(jié)溫有親密的關(guān)系，所謂結(jié)溫就是半導(dǎo)體PN結(jié)的溫度，結(jié)溫越高，LED光源越早消失光衰，也就是壽命越短。從圖上可以看出，假如結(jié)溫為105℃，亮度降至70%的LED光源壽命只有一萬多小時;結(jié)溫95℃時LED光源壽命就有2萬小時;而結(jié)溫降低到75℃，壽命就可長達(dá)到5萬小時，65℃時壽命更可以延長至9萬小時。綜上所述，延長LED光源壽命的關(guān)鍵就是要降低結(jié)溫。

圖二Cree公司的LED的光衰曲線

采納調(diào)光技術(shù)，隨著輸出功率地降低，驅(qū)動電源自身損耗也將降低，其殼溫也將同時下降。如圖三所示200WLED驅(qū)動電源輸出功率與外殼殼溫曲線。當(dāng)環(huán)境溫度為25℃滿載輸出時，外殼溫度為50℃，而采納調(diào)光技術(shù)掌握輸出只有50%功率時，其外殼溫度下降至40℃，壽命也將翻倍，牢靠性可提高25%-40%。

圖三LED驅(qū)動電源輸出功率與外殼殼溫曲線

傳統(tǒng)白熾燈或HID由于無法調(diào)光，七十年月日本能源危機(jī)下，曾采納間隔點(diǎn)燈方法試圖節(jié)能。但由于路面照度不勻稱，導(dǎo)致路人的視覺消失問題，治安和道路交通事故大幅上升，最終不得不放棄間隔點(diǎn)燈法。調(diào)光技術(shù)的快速進(jìn)展，會將LED照明調(diào)光系統(tǒng)帶入一個嶄新的領(lǐng)域，從而將綠色環(huán)保節(jié)能的LED照明應(yīng)用進(jìn)行大范圍的普及與推廣。

二、LED燈具主要調(diào)光技術(shù)簡介

在LED剛開頭應(yīng)用于道路等公共照明時，在推廣初期，有些LED燈廠為了達(dá)到調(diào)光節(jié)能的目的，借鑒了間隔點(diǎn)燈的思路，將一盞LED燈的LED芯片分成兩部分，分別掌握其驅(qū)動電流的通和斷，在午夜12點(diǎn)前，全部LED全部點(diǎn)亮，12點(diǎn)之后斷開一半，以達(dá)到節(jié)能目的。此種調(diào)光方式能達(dá)到肯定的節(jié)能效果，照度的勻稱度較傳統(tǒng)間隔點(diǎn)燈方式有明顯改善，但是仍將影響LED燈具的配光曲線。為了進(jìn)一步改善LED燈具的光效和配光曲線，有些LED燈廠又考慮將LED芯片采納間隔方式排布，在調(diào)光時只看到間隔的亮或者滅，在肯定程度上改善了勻稱度和配光。

LED芯片的亮度與LED驅(qū)動電流成定比例關(guān)系，因此可通過調(diào)整LED驅(qū)動電流來實(shí)現(xiàn)LED燈的調(diào)光，其次種調(diào)光方式通常被稱為模擬調(diào)光方式或線性調(diào)光方式。該種調(diào)光方式的優(yōu)點(diǎn)是：當(dāng)驅(qū)動電流線性增加或削減時，相對削減了驅(qū)動電流過沖中對LED芯片的影響，掌握電路抗干擾性較強(qiáng)。其缺點(diǎn)是驅(qū)動電流的大小變化，將對LED芯片的色溫有肯定影響。此種調(diào)光方式目前典型的應(yīng)用是安徽六潛、六武高速大路LED隧道燈照明。

第三種調(diào)光方式是脈亮調(diào)制(PWM)方式。該種方式是通過肯定的掌握使驅(qū)動電流呈方波狀，其脈沖寬度可變，通過脈沖寬度的調(diào)整轉(zhuǎn)變LED燈持續(xù)點(diǎn)亮的時間，也同時轉(zhuǎn)變了輸出功率，從而達(dá)到節(jié)能的目的。頻率一般掌握在200Hz~10KHz，由于人的眼睛視覺的滯留性，不會感覺到光源在調(diào)光過程中發(fā)生的閃耀。此種調(diào)光方式的優(yōu)點(diǎn)是能改善LED的散熱，缺點(diǎn)是驅(qū)動電流的過沖對LED芯片的壽命有肯定的影響。

以上三種調(diào)光方式都是依據(jù)LED驅(qū)動電流輸出端的掌握來分類的。掌握電路也可以分為模擬掌握和PWM掌握，掌握電路通常是通過微掌握器(如單片機(jī))來實(shí)現(xiàn)的。

三、調(diào)光系統(tǒng)的組成與將來進(jìn)展

完善的智能掌握應(yīng)當(dāng)具有手動掌握、智能掌握、光控、時控及故障報警掌握功能。當(dāng)太陽下山天色漸暗后能自動點(diǎn)亮，午夜12點(diǎn)后燈的照度能自動減半;天亮后，燈能自動熄滅;特別狀況下，人能夠手工掌握;而在燈具發(fā)生故障時，掌握系統(tǒng)能自動報警。

智能調(diào)光系統(tǒng)主要由服務(wù)器、中央掌握器、單片掌握器及信號檢測電路四大部分組成，如圖四所示。

圖四智能調(diào)光掌握系統(tǒng)

服務(wù)器：由上位機(jī)和上位機(jī)軟件組成，主要實(shí)現(xiàn)監(jiān)控操作和報警功能。服務(wù)器位于路燈管理等掌握中心，其與中央掌握器之間的聯(lián)系可采納電力載波、網(wǎng)絡(luò)或無線方式。

中央掌握器：負(fù)責(zé)接受服務(wù)器發(fā)來的信號，并解碼后發(fā)送至單元掌握器，實(shí)現(xiàn)掌握，同時將信號檢測的結(jié)果傳送至服務(wù)器。

信號檢測電路：檢測環(huán)境亮度、驅(qū)動電源電壓、電流。并將檢測所得的信號發(fā)送至單元掌握器或者中央掌握器。

單元掌握器：每一盞LED燈配有一個單元掌握器，通過接收中央掌握器的指令，對LED進(jìn)行調(diào)光或者開與關(guān)掌握，同時將LED燈的驅(qū)動電壓、電流通過信號檢測電路送到中央掌握器。當(dāng)LED燈具消失故障時將故