基于高亮度LED在照明中的应用

自从上世纪六十年代诞生第一个发光二极管以来，在相当长的一段时间内，由于输出流明的局限性，LED只是应用在信号指示用途。至九十年代，蓝光LED由于较经济的实现方法而得以产品化。进入二十一世纪，大功率白光LED被研制成功并且迅速地产业化。此间，由于大型照明光源电气公司的介入，例如PHILIPS和OSRAM，高亮度白光LED的光效取得了突破性的改进，并且迅速地开始进入普通照明的应用领域。目前，高亮度白光LED的光效在良好的散热条件下，已经超越了荧光灯的光效。随着更多的技术与资本投入，高亮度LED的光效在不断的提高，而其成本则开始快速的下降，最终其性能价格比必将为普通消费者所接受。

传统照明光源种类包括：白炽灯、卤钨灯、荧光灯和高强度气体放电灯。与此相比，采用高亮度LED的固态照明光源具有诸多的优点：低功耗，高光效，长寿命，响应快，易数字控制，环境友好。
 

LED与传统光源的光效对比

据美国能源部(DOE)表示，美国22%的电能用于照明。DOE声称在今后20年中，LED照明将在美国得到快速普及，可以减少62%的照明电能需求。另外，它能消除2.58亿吨的二氧化硅排放量，少建133座新的电厂。采用LED照明能使财政节减1150多亿美元。

在中国，国家半导体照明工程研发及产业联盟已经成立。联盟制定的技术规范，将通过研讨、培训等方式在联盟内部推广使用，并向政府采购部门和标准管理部门推荐，纳入到国家和行业标准工作体系中，引导和推动国家和行业标准的制定与实施。联盟在适当的时机将成立“联盟标准化技术委员会”，邀请政府领导、行业专家、标准化专家、质检机构、检测设备专家等共同参与 。国家已经出台高效照明产品推广财政补贴资金管理暂行办法，这是我国政府加大力度推广高效照明产品，促进实现节能减排目标的又一重要举措，确保实现“十一五”期间通过财政补贴方式推广高效照明产品1.5亿只，可节电290亿千瓦时，减少二氧化碳排放2900万吨。

目前我国的半导体照明主要应用于特殊照明领域，如交通信号灯、景观照明、LED全彩显示屏等，但节能的效果明显：如景观照明（替代霓虹灯）节能70%，交通信号灯（替代白炽灯）节能80%；庭院灯节能70%。在功能性照明领域，节能效果已开始显现，如LED作为次干道路灯（替代高压钠灯）节能70%。虽然初始采购价格是普通路灯的3倍，综合成本约3-4年可持平。 预计当LED产品的发光效率达到 100 lm/W时，将开始进入普通照明市场，年节电500亿度，通过节电可减少CO2、SO2、NOx、粉尘排放5000万吨。当LED产品的发光效率达到 150 lm/W时，LED照明将占有 20% 的照明市场 (照明用电将超过5000亿度)，每年将节约用电 1000 亿度，超过三峡水电站的年发电量（847亿度/年）。通过节电可减少CO2、SO2、NOx、粉尘排放1亿吨。

目前，LED的成熟应用市场有：建筑景观照明，建筑景观照明，广告显示屏，小尺寸LCD背光源，汽车应用，太阳能LED照明。在未来，还有着更广阔的应用前景，如中大尺寸LCD背光源，道路照明，室内普通白光照明，农业生产用人工光源，医疗用光源，LED液晶投影机，DLP背投用LED光源，航空照明光源，博物馆文物展示照明等。

LED固态照明的产业链分布也极为广泛。在产业链的上游，包括半导体材料供应，晶圆制造，封装等。在中游，包括功率驱动，光学组件，散热器等。在下游，包括灯具，照明管理软件，工程系统集成等。其中，功率驱动单元的作用是为LED提供恒定的电流，实现调光，混色，与上位机的通讯，热监测等。目前，在很多集成电路供应商的产品线中都能找到LED驱动的专用芯片。近来，该类驱动芯片的技术趋势是，功率开关器件被集成进芯片内部，开关模式工作在更高的频率，芯片具备更宽的工作电压。对于小电流的LED驱动，该类芯片通常使用开关电容来实现电荷泵，总的输出电流有限。而对于大电流LED的驱动，一般采用基于电感的开关拓扑结构，如boost , buck , sepic 等。由于MHZ的工作频率，其中的电感已经能够微型化。转换效率是该类电路的重要指标之一，最佳条件下，可以达到最高95%的效率。电流环的控制，大致可分为两类，一是滞环控制，二是平均电流控制。两者各有优缺点，对滞环控制，其动态响应快但电流精度较差。对平均电流控制，其控制精度较高，但动态响应较慢。两种控制模式均需要进行电流信号的采样和反馈，电流的采样方式有多种，包括低端电流采样，高端电流采样和浮置电流采样。对于不同的应用要求，可以采用不同的拓扑结构，不同的控制方式，以及不同的电流采样位置。

总的来说，LED在照明领域中的应用极其广泛和多样，被认为是人造光源中的第三次革命，其带来的影响是极为深远的。