能量效率更高、功能更強的新型LED固態(tài)發(fā)光(SSL)產(chǎn)品的發(fā)展很快，被認為是照明市場上的主要革命性進步。在許多垂直應用中，如信號燈、汽車、LCD TV背光，LED已經(jīng)毫無爭議地成為傳統(tǒng)光源的替代產(chǎn)品。但對于范圍更廣的通用照明，LED還沒有被廣泛接受。固態(tài)發(fā)光產(chǎn)品的成本和效率無疑將繼續(xù)快速改進，力爭被市場接受。

通用照明中的固態(tài)發(fā)光產(chǎn)品

阻礙LED向通用照明轉(zhuǎn)移的原因一是傳統(tǒng)市場的容量太大，二是市場的慣性所致。要滿足后者的兼容性恐怕是最大的挑戰(zhàn)。熱管理、電壓轉(zhuǎn)換和色彩管理是需要解決的基本問題。隨著越來越多的業(yè)內(nèi)人士開始認識到這些問題，需要采用智能的數(shù)字控制方法來經(jīng)濟有效地解決各種各樣的挑戰(zhàn)，然后才能享受新技術所帶來的好處。

LED照明節(jié)能明顯

如果在建筑物上采用LED照明，可以節(jié)約48%的照明用電。一盞白熾燈的發(fā)光效率一般是10～15lm/W，熒光燈的效率可達70～100lm/W，氙氣燈的效率為80～120lm/W，目前的商用LED的效率為80lm/W，有些實驗產(chǎn)品已經(jīng)達到了131lm/W，而LED的最大理論光效是200lm/W。

白色并不是色彩

LED的最大問題是發(fā)光的頻帶很窄，這樣光的顏色很單一，可以達到高效率，并且不會發(fā)熱。如果光的顏色正是我們所要的當然最好了，但在一般的照明中，我們需要的都是白光。換句話說，我們需要的是按照一定比例混合起來的多種顏色，來模仿經(jīng)過地球大氣過濾后的陽光的頻譜。

可以通過在LED的藍色或紫外光源上涂上一層含磷材料，來獲得白光。所有的LED廠商都在對含磷材料的成份、厚度、位置進行廣泛的研究。

LED廠商們接連不斷地公布新的研究成果，稱新器件的效率比以往任何產(chǎn)品的效率都高。此外，光源的質(zhì)量也在不斷提高。我們眼睛所看到的光的質(zhì)量可以用相關色彩溫度(CCT)來衡量，這是與所感覺到的燈的顏色最匹配的黑體的溫度。

恰當?shù)鼗旌细鞣N顏色

獲得白光LED的另一種方法是按照正確的比例將紅、綠、藍(RGB)三種顏色混合起來，不但能獲得白光，而且還能獲得所需的色溫。圖1是這種方法的應用電路，用1個8引腳的8位MCU來控制三色RGB LED。只需簡單的算法，就可以對3個發(fā)光管的相對光強進行控制，可以達到6位的分辨率(64個光強等級)，對控制顏色輸出和相關顏色溫度來說是足夠的了。

該電路采用了PIC12HV615閃存MCU、分壓電阻、復位電路、A/D轉(zhuǎn)換器，振蕩器提供8MHz的時鐘，構成了一個簡單的單芯片解決方案。在生產(chǎn)時，還可以利用這種閃存器件的在電路可編程特性進行顏色校準。

LED的壽命

圖1所示的電路適用于很多應用，但有一個很重要的缺點是效率低。這是一個線性解決方案，電能都消耗在鎮(zhèn)流器電阻上了。此外，在整個產(chǎn)品生命周期內(nèi)還可能出現(xiàn)更多的問題。

圖1 可進行顏色校準的白光LED系統(tǒng)

LED的一個主要優(yōu)點是極長的使用壽命，這也帶來一個嚴重的問題，即偏色。LED可以使用50 000小時以上，其發(fā)光強度會從標稱值逐步下降到70%左右(白熾燈在使用大約1 500小時以后會突然失效)。

遺憾的是，在這50 000小時內(nèi)，一個白光LED的相關色彩溫度(CCT)將會發(fā)生變化，當熒光粉老化的時候，CCT會向更高的溫度漂移，即向藍色漂移。當三種顏色的發(fā)光體按照不同的曲線老化時，RGB的LED也會出現(xiàn)類似的問題。

通過使用微控制器，加上預測算法或閉環(huán)控制系統(tǒng)，將會開發(fā)出幾種技術來補償由于器件老化所帶來的影響。有些生長商已經(jīng)生產(chǎn)出了彩色光敏元件，再配合簡單的PID算法就可以一次性地徹底解決色彩漂移問題，當然采用這種元件會增加一些成本。

由于色彩漂移的過程非常緩慢，就不需要很高的計算性能，甚至低成本的8位MCU就能滿足要求。

LED并不是冷的

LED通用照明中的另一個很大的挑戰(zhàn)是熱量控制問題。正如前文所述，高功率的LED在很窄的一個頻帶內(nèi)向外產(chǎn)生電磁輻射時不會浪費能量，但仍然會產(chǎn)生熱量，熱量會通過傳導而不是輻射的方式散發(fā)出來，這一點類似于白熾燈。

LED的發(fā)熱問題給設計通用照明系統(tǒng)提出了很大的限制。為一個給定功率的白熾燈設計的照明系統(tǒng)很難適應同樣功率的LED，因為熱傳導的路徑是非常有限的。

功率轉(zhuǎn)換和控制

當整個LED產(chǎn)業(yè)界都把關注的重點放在如何實現(xiàn)最大的LED發(fā)光效率時，驅(qū)動/控制電路的效率問題也必須受到同樣的重視。LED是低電壓器件(Vf為3～4V)，工作電壓與市電完全不匹配，為實現(xiàn)最高的效率和保持持續(xù)的光輸出，LED需要精確的電流控制和開關模式的功率轉(zhuǎn)換。

為解決這個問題，必須采用一些恒流驅(qū)動技術。不但需要隔離、功率因數(shù)校正，在有些情況下還需要進行兩級處理。輸入電壓先被降低到一個中間電壓，并采用功率因數(shù)校正和高電壓隔離，第二級解決LED對電流和熱控制的需求。

圖2是采用了升壓轉(zhuǎn)換器(MCP1630)的恒流配置方案，由8位MCU提供靈活的時鐘信號，電流設定點可由編程設定，以適應不同的LED模塊、調(diào)光功能，并利用外置的傳感器提供閉環(huán)的溫度控制。

圖2 采用MCU和恒流驅(qū)動器的智能LED解決方案。

圖2 采用MCU和恒流驅(qū)動器的智能LED解決方案

基于MCU的解決方案具有極大的靈活性。當LED的溫度接近臨界門限時，向LED輸出的功率會逐步減小，而不是突然關閉系統(tǒng)或簡單地發(fā)出警報。尤其是在LED是分別由不同公司設計，并且無法保證正確的熱設計的情況下，這種功能尤為關鍵。

智能的驅(qū)動設計也意味著MCU的內(nèi)置串行外設可以支持簡單的通信協(xié)議，例如DMX-512或DALI。在進行更高級的系統(tǒng)集成時，還會需要以太網(wǎng)或ZigBee連接，從而設計出全新的能源管理系統(tǒng)。