全球合力淘汰白炽灯 LED掀起照明革命

　　不断上涨的能源成本加上越来越多的政府监管呼唤采用高效照明，这使得HBLED（高亮度LED）成为了照明应用的主力军。随着电子元器件进入一些非传统应用的新领域，我们如何到达这个引爆点？LED驱动器市场的未来前景如何？LED在能效和环境安全方面的优势是导致客户采用的两个关键因素。LED发光效率及相关电子驱动器件正在朝更加智能的系统发展，为我们提供期望得到的光输出，同时实现我们需要的功率和成本节约。美国国家半导体在LED驱动器产品和工具方面领先业界，可以为消费者提供完整的基于LED的照明解决方案。

　　所有好东西都有走到尽头的一天

　　自从托马斯•爱迪生在19世纪末发明了白炽灯泡，世界一直在同一类型灯泡下被照耀。自从第一个灯泡被商业化以来，至今的确发生了一些变化和更改，但在原理上白炽灯泡仍与爱迪生原来发明的白炽灯泡相同。为什么会搞砸一件好事呢？经过仔细审视，所谓的“好事”是，白炽灯泡消耗大约90％的电力作了热功，只有10％的电力用来发光。美国能源情报署（EIA）2007年的研究发现，照明大约消耗了5260亿千瓦小时（kWh）。这占了美国总电力消耗的14％。考虑到只有10％的能量会产生光，所消耗的其余电力都在产生热量上浪费掉了。

　　21世纪，人们开始关注温室气体排放源、能源消耗及其对气候的影响。有关低效能耗的分析令全球立法转而支持逐步淘汰甚至最终禁止使用白炽灯泡。白炽灯泡以热的形式损失了90％的能源，而其替代照明技术则只损失一小部分热量，显然其它发光方式更加有效。对高效照明的需求正在成为一个全球性倡议。图1显示了不同国家逐步淘汰白炽灯照明的计划。2005年，南美洲的一些国家因要求采用高效照明而领导了这一变革。美国的目标是在2012年淘汰100瓦灯泡，然后在2014年淘汰40瓦灯泡。不难想象，到2020年白炽灯泡将不复存在。

　　替代方案

　　既然爱迪生发明的灯泡会消失，什么留下来供我们选择呢？基本上有两种可行的主要替代办法。紧凑型荧光灯（CFL）是在消费者层面使用最广泛的可用性替代办法。CFL的效率是白炽灯泡的五倍以上。CFL的寿命平均大约为8,000小时，技术相对成熟。CFL灯泡是一种简单而低成本的选择，它可以很容易地加装在现有的灯座上。CFL的主要问题之一是，每个灯泡内大约有4毫克的汞，处置时需要特殊的处理程序。如果不小心打破了CFL，在美国环境保护局网站http://www.epa.gov/cfl/cflcleanup-detailed.html有一个详细的清理建议，这将使你在外出购买一只CFL灯泡前三思而后行。

　　另一个主要选择是采用HBLED的固态照明（SSL）。目前，固态照明的效率几乎与CFL一样，我们也开始看到，随着技术的不断发展，其效率也在显著改善。一些厂商的广告称，基于LED的照明的寿命一般在3万到5万小时，甚至更长。然而，由于补贴没有到位，前期成本是此时采用LED的障碍之一。SSL作为一个灵活的电子组件的优势也被低估了，它现在可以作为一个先进电子网络的一部分来扩展照明，实现很多有趣的应用。

　　LED开始启动

　　LED已经成为几乎所有移动电话显示器背光照明的主流技术，而现代电视也在使用LED照明。现在，照明LED技术的采用像雨后春笋般出现，并且目前主要的白炽灯替代灯泡仍有上述汞含量的问题。无汞含量的LED是环保安全的选择。即将在一般市场上启动的消费折扣计划有助于补贴LED灯泡的成本，预计将大幅推动LED的应用。产品数量方面的增加将使消费者和企业的成本继续下降。

　　一个典型企业客户的固态照明解决方案可以节约大约40％的电力成本，有助于进一步推动其他业务需求的投资。政府部门也通过开展街道照明试验，用基于LED的解决方案取代常用的高压钠灯（HPS）而积极参与了SSL革命。HPS灯无疑是可以用最小的能源消耗提供良好的光输出量方案；但发出的光不太适用于夜间照明，并可能对驾驶者的反应时间产生负面影响。事实证明，基于SSL的街道照明解决方案能增加周边视力，加快驾驶者的反应时间。

　　美国国家半导体正在利用其HBLED驱动器的广泛产品组合推动SSL的进步。这些产品支持各种LED配置和调光选择，可以提高整体效率，简化设计，降低系统BOM成本。完整的参考设计和设计工具也可以支持许多新型照明应用，并最大限度地提高HBLED的功能，从而使制造商能够将他们的产品更快地推向市场。

　　向照明网络演变

　　随着SSL的采用，灯泡的功能也在发生变化。由于SSL灯泡是一种电子组件，制造商们开始集成环境光检测、闯入传感和检测、热检测和光输出等传感器，以使灯泡更加有效，并以最小的输入功率提供最大的光输出。电子设备也正在进入新的网络控制方式，正在开发的产品远远超出了传统的墙壁开关。先进的电子器件能够利用各种高亮度LED调整相关色温（CCT），创建氛围照明，设置区域照明。对于建筑照明应用，现在可以通过使用RGBW或RGB琥珀色（amber）高亮度LED创造出不同的颜色和洗墙效果（wallwashes）。LED调光技术包括0V至10V的传统双向可控硅（TRIAC）和脉宽调制（PWM）。数字可寻址照明接口即DALI等更先进的控制可以控制多达64个灯。人们也正在开发把灯整合在一起的有线和无线控制网络，有效地控制校园或市政设施的照明。这种联网的照明解决方案有助于大幅减少能源需求，是一个具有适应性和可扩展的平台。

　　设计工具

　　随着LED成为设计主要成本的组成部分，SSL解决方案也采用了大量电子组件。就像一个标准的电源设计，驱动LED就是在效率、体积和成本方面寻求一种折中。为了减少所需的LED数量，设计师通常会增加输出电流，以试图从每个LED获得更多的光输出。这种方法虽然有效，但会出现温度较高的后果，这可能使光输出、效率和整体灯泡寿命下降。除了LED驱动器和LED串的大小，一个良好的LED照明设计还要考虑所有这些因素。美国国家半导体公司开发的名为WEBENCH®LEDArchitect的工具，可以简化LED照明设计过程，并能够创建一个旨在实现理想流明输出的完整设计。WEBENCH®LEDArchitect允许设计人员快速比较多个选项，包括不同的LED、散热片和驱动器，同时优化功效、尺寸、寿命和成本。图2显示了2500流明设计相关的折中。

　　结论

　　由于较高的光输出、较长的寿命、即将兑现的补贴，以及LED驱动器在功能方面的进展，LED正处在成为照明应用主流技术的风口浪尖上。作为一种电子组件，LED有助于实现远远超出传统的墙壁开关的一个全新的控制方案和一套新的网络功能，提供更高的能源效率，并为消费者提供更好的用户体验。能成为LED照明革命的一部分，这绝对是一个激动人心的时刻。

　　作者：美国国家半导体高级技术经理PreetSibia

　　作者简介

　　PreetSibia是美国国家半导体的高级技术经理。他毕业于加州大学洛杉矶分校，持有电机和生物医学工程学士学位。他的职业生涯的第一阶段是从事应用工程师及显示产品营销经理。

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