LED灯设计及替代现有照明方案时面临的主要挑战

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1、本应用笔记探讨了发光二极管(LED)在通用照明应用中的发展趋势，对比了LED与其它照明技术的性能，分析了LED灯设计以及在替代现有照明方案时主要面临的挑战。   LED照明的发展趋势   发光二极管(LED)是一项快速发展技术，正在广泛用于众多通用照明领域，通常称作固态照明。LED照明的典型应用是：室内照明(用于商业、工业及住宅环境)、室外照明(路灯、停车场照明)以及建筑、装饰照明等，最初，发光二极管由于能够发射整个频谱的彩色而被用于装饰照明。   某些情况下，LED已经成为建筑照明的有效方案。与其它照明技术相比，LED具有更优异的性能，因而成为当前通用照明市

2、场的主流方案：   1.与其它照明技术相比，LED具有更长的使用寿命。LED的工作寿命长达50,000个小时，而白炽灯的使用寿命只有1,000至2,000个小时，小型荧光灯(CFL)的使用寿命大约为5,000至10,000小时。使用寿命上的显著优势使得LED非常适合那些需要投入较大人力成本更换照明灯的商业和工业应用。   2.能效优于白炽灯和卤素灯，等同于荧光灯。另外，LED的效率也在不断提高；白光LED(WLED)的效率在随后3至4年内预计提高大约50%。   3.更小的外形尺寸。LED灯的外形尺寸等同于MR16和GU10，而CFL无法满足这类应用。   4

3、.可以采用适当的驱动器提供亮度调节。对于需要调节亮度的应用，荧光灯在技术上具有局限性。尽管传统的LED设计也遇到了类似问题，但是Maxim提供的LED驱动创新方案兼容于可控硅调光和后沿调光设计。   5.具有较强的发光方向性。与其它照明技术不同，LED非常适合需要定向照明的应用，例如：小角度反射灯。   6.温度较低时具有更高效率。荧光灯的工作效率在低温时会下降。相比之下，LED非常适合低温工作环境，例如：冰箱灯。   7.可轻松更改发光颜色。这一优势使得RGBLED成为建筑和情景照明的理想选择，能够根据具体要求实时更改灯光颜色。   总之，LED具有白炽灯和

4、荧光灯所不具备的众多优势。基于这些优势，设计人员也在不断地发掘适合LED照明的更多应用，但是，由于篇幅有限，我们不在此赘述。本文将主要讨论LED照明换代产品，用于替代相同规格的白炽灯、卤素灯或荧光灯。这些LED灯必须能够安装到现有规格尺寸内并兼容现有的基础设施。   LED换代灯   许多人认为LED换代灯是当前LED照明增长最快的市场。快速增长的原因很简单：这些照明灯不需要更新电气基础设施(即布线、变压器、调光器和插座)，这是LED技术的显著优势。   对于设计人员，将LED灯安装到现有的基础架构上主要存在两方面的挑战：    1.外形尺寸。换代灯必须能够安

5、装到前期灯源的框架内。   2.电气兼容。换代灯必须能够在现有的电气架构上正常工作，不会发生灯光闪烁。   下面，我们将逐一讨论每项挑战。   安装到现有框架   现有框架对换代灯提出了物理限制(即驱动板必须足够小)和热限制要求。这些因素制约了设计人员更换照明方案的条件(例如PAR、R和A型规格)，尺寸越小的应用所面临的困难也越大，例如MR16和GU10。   尺寸是制约换代方案的关键因素，而热限制往往更加关键。LED只发射可见光，与其它技术不同，它们不产生红外波辐射能量。因此，白光LED比白炽灯或卤素灯的能效更高，绝大多数热量通过灯内导体耗散。   散热是制

6、约灯管所能产生的光强的关键因素，目前在照明换代产品中使用的LED技术很难达到主流市场所能接受的亮度水平。为了突破亮度限制，需要解决散热问题，这也是产品成功地走向商业化必不可少的条件。   散热问题还直接影响到驱动板的使用寿命。为了发出更高光强，照明灯必须工作在相当高的温度下(+80°C至+100°C)。这种温度下，驱动板的寿命会限制整个照明灯的工作，特别是电解电容成为设计面临的一个棘手问题。因为电解电容在高温下会很快干燥，在这样的条件下，这种电容的工作寿命不会超过数千小时，这也成为制约整个照明灯使用寿命的因素。较长的工作寿命是LED灯的一个主要卖点，对于设计者

7、来说，寿命相对较短的电解电容成为设计的主要屏障。   Maxim针对120VAC/230VAC输入和12VAC输入换代灯推出了独特的LED驱动方案。这些LED驱动方案可以省去电路板上的电解电容，使LED灯的寿命从通常的低于10,000小时延长到90,000小时。由于省去了电解电容，还有助于缩小方案尺寸，使驱动板能够安装到小尺寸换代灯框架内。   兼容于电气基础架构   LED换代灯必须在现有基础设施下正常工作，包括切角(三端双向可控硅和后延)调光器和电子变压器。   接入120VAC/230VAC电源时，照明灯可以首先通过三端双向可控硅调光器调节。三端双向可控

8、硅调光器的设计能够很好地配合白炽灯和卤