低碳經(jīng)濟(jì)下LED的應(yīng)用及技術(shù)

陳長鋒

上饒幼兒師范高等?？茖W(xué)校，江西 上饒 334000

0 引言

當(dāng)前，各國家各領(lǐng)域都面臨著能源資源愈加短缺的困境，紛紛在尋求新的發(fā)展方向，我國也提出了建設(shè)資源節(jié)約與環(huán)境友好型社會的戰(zhàn)略。在電力行業(yè)，隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，LED進(jìn)入大眾視野。LED具有較好的照明效果與較高的節(jié)能性能，故而將其應(yīng)用到具體照明之中，既滿足了大眾的照明需求，也符合當(dāng)下我國低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。

1 LED概述

1.1 LED的原理和特點(diǎn)

LED也就是半導(dǎo)體發(fā)光二極管，屬于一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，能夠直接把電能轉(zhuǎn)化為光能，其主要構(gòu)成部分為PN結(jié)芯片與電極等。其中，發(fā)光二極管的關(guān)鍵構(gòu)件為P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體，兩種構(gòu)件之間形成一個(gè)過渡層。對于部分半導(dǎo)體材料而言，把載流子注入其中后，這些材料中所具有的載流子會與新注入的載流子相融合，從而釋放出多余的能量，產(chǎn)生更多的光能。反向電壓往往會影響PN結(jié)芯片，阻止載流子進(jìn)入半導(dǎo)體之中，從而抑制發(fā)光的功能。這種注入式方式能夠把電能直接轉(zhuǎn)化成光能，在今后的照明技術(shù)發(fā)展中，人們必然會更加深入地研究固體照明技術(shù)[1]。LED現(xiàn)已在照明領(lǐng)域得到普及，并發(fā)揮著很大的作用，既具備非常高的發(fā)光效率，也有著占地面積相對較少、使用年限較長的特點(diǎn)，還具備節(jié)能環(huán)保的效果。

1.2 LED的優(yōu)勢

在室內(nèi)照明中，人們常常選用熒光燈、白熾燈、金鹵燈等傳統(tǒng)燈具，然而這些燈具的光源有比較大的耗電量，且存在很大的熱輻射，在顏色和控制方式上均較為單一，主要適用于簡單的場所照明中，并不能應(yīng)用到一些比較特殊的場所。LED不僅具有節(jié)能環(huán)保的優(yōu)勢，還在功能性照明領(lǐng)域發(fā)揮很大的作用，主要包括以下幾點(diǎn)：

（1）可實(shí)現(xiàn)低壓供電和恒流驅(qū)動，可靠性與穩(wěn)定性較高[2]；

（2）燈具結(jié)構(gòu)牢固，具備較好的抗沖擊性能；

（3）可控性能非常好，可以實(shí)現(xiàn)迅速響應(yīng)，無頻閃，且具有多種顏色；

（4）封裝形式比較豐富，能夠滿足復(fù)雜照明要求，如面式、點(diǎn)式、線式等，甚至特殊造型燈具也可以滿足要求。

可見，與傳統(tǒng)照明燈具相比，LED具有非常顯著的優(yōu)勢。據(jù)相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，相較于傳統(tǒng)照明燈具，LED的耗電量更低，能節(jié)省70%左右，且LED的使用壽命明顯更長，盡管前期投入成本較高，但是后期的節(jié)能效果能夠很快地彌補(bǔ)這一缺陷，從而節(jié)省成本，呈現(xiàn)出良好的應(yīng)用與發(fā)展前景。

2 低碳經(jīng)濟(jì)下LED的應(yīng)用特點(diǎn)

2.1 定向發(fā)射光的實(shí)現(xiàn)

LED最為關(guān)鍵的特征為定向發(fā)射光的實(shí)現(xiàn)。因?yàn)楣β市偷腖ED中設(shè)置了反射器，相較于其他燈具反射器而言，LED中的反射器效率更高。在應(yīng)用LED的過程中，需要注重對其發(fā)射光特點(diǎn)的充分利用，保障燈具中的LED直接把光線射到所需照明位置，再通過反射器實(shí)現(xiàn)輔助配光，從而獲得預(yù)期綜合配光的效果。只有LED燈具具備三次配光基本功能，方可讓道路燈具獲得預(yù)期效果?；跓艟咦陨斫嵌?，能夠結(jié)合燈具高度與路面寬度，合理設(shè)計(jì)所有LED的安裝位置與反射光方向，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)二次配光。燈具反射器作為一種輔助手段，可達(dá)到三次配光的目的，確保道路照度的有效性與均勻性。

在具體的應(yīng)用設(shè)計(jì)中，需要先明確投射方向，然后通過球形萬向節(jié)在燈具上實(shí)現(xiàn)LED的固定，若燈具高度與照射寬度存在一定的差異，必須合理調(diào)整萬向節(jié)，從而確保全部LED的具體照射方向符合相關(guān)規(guī)范要求。在明確LED實(shí)際功率與光束輸出角度時(shí)，因?yàn)楣鈴?qiáng)與照度距離的二次方呈反比，所以需要先對各種光束輸出角度相關(guān)的功率進(jìn)行合理計(jì)算，然后合理調(diào)整LED實(shí)際功率大小，以此來保證LED光輸出符合規(guī)范要求。上述調(diào)整方式都是LED燈具所特有的，在具體應(yīng)用中發(fā)揮這些優(yōu)勢，既能夠確保照度與均勻性，也能夠減小功率密度，以此獲得良好的節(jié)能效果。

2.2 恒流驅(qū)動電源的實(shí)現(xiàn)

LED燈具的電源主要是恒流驅(qū)動電源，可有效保證系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行，但若開關(guān)電源方案非常簡單，則往往會在一定程度上損害LED器件。為有效保障LED的安全性，驅(qū)動電路必須做到恒流輸出，因?yàn)長ED在正向運(yùn)行時(shí)結(jié)電壓無較大的改變，所以只有驅(qū)動電流保持恒定，才能夠確保輸出功率實(shí)現(xiàn)恒定。LED恒流供電如圖1所示，通過LM317恒流驅(qū)動器能夠?qū)€路中的電流做出調(diào)整控制，使之隨LED數(shù)量發(fā)生變化，從而使電流保持恒定。

圖1 LED恒流供電

針對現(xiàn)階段電源電壓供應(yīng)穩(wěn)定性較差的情況，只有借助驅(qū)動電流的恒流輸出，才能保障光輸出保持恒定，將LED的功率運(yùn)行狀態(tài)控制在合理范圍之內(nèi)。要想讓驅(qū)動電流保持恒流特性，由輸出端逐漸向內(nèi)看，需輸出很高的內(nèi)阻抗。在運(yùn)行時(shí)，負(fù)載電流需要借助此輸出內(nèi)阻抗，如果驅(qū)動電路的構(gòu)成部分是降壓和整流濾波后加直流恒流源電路，那么勢必消耗一定的有功功率，故而這一電路在使輸出保持恒流的情況下，無法獲得較高的效率。

針對上述情況，相關(guān)人員應(yīng)結(jié)合有源電子開關(guān)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，或是選擇具有較高頻率的電流來驅(qū)動LED，通過這兩種方式能夠確保電力一直處于恒流輸出狀態(tài)，獲得預(yù)期的轉(zhuǎn)換效率。傳統(tǒng)燈具主要是基于HID光源，選用觸發(fā)器和電感鎮(zhèn)流器，這一模式的能效很低，且在實(shí)際應(yīng)用中容易發(fā)生頻閃等問題。LED燈具中設(shè)置了電子驅(qū)動電路，其在室外使用時(shí)很容易受到雷電感應(yīng)的干擾。閃光發(fā)射是一種無線電波，供電線路通常采用架空線路或是無線，若兩根電源線同時(shí)接受一樣的電波，那么在驅(qū)動電路方面會出現(xiàn)共模干擾，這就極易擊穿電路中的電容，或是在很大程度上縮小電氣間隙，從而破壞驅(qū)動電路。針對這一問題，可將壓敏電阻安裝到輸入端，即可獲得泄放干擾電壓；對于因閃電引發(fā)的多種干擾，若干擾電壓過高，會導(dǎo)致壓敏電阻在泄放過程中出現(xiàn)很大的電流，因而應(yīng)采用具有良好響應(yīng)能力的壓敏電阻，并做好EMI防護(hù)，形成一個(gè)復(fù)合式LC網(wǎng)絡(luò)，從而有效避免泄露，并在極大程度上抑制閃電干擾信號[3]。

3 低碳經(jīng)濟(jì)下LED技術(shù)

3.1 產(chǎn)品多元化與系列化

在以往的照明中大多采用傳統(tǒng)燈具，且主要應(yīng)用于室內(nèi)照明。當(dāng)前室內(nèi)照明所采用的多為LED，常見的燈具產(chǎn)品為LED吊燈、LED杯燈、LED射燈等，可以發(fā)現(xiàn)燈具產(chǎn)品呈現(xiàn)系列化的特點(diǎn)。同時(shí)，LED選擇通用標(biāo)準(zhǔn)燈頭，該燈頭涉及E、GU、MR標(biāo)準(zhǔn)連接燈頭組件，可以直接引入交流電。相較于以往的照明燈具，LED具有很好的適應(yīng)性，能更好地取代以往的照明設(shè)備，具有較大的市場潛力。

3.2 產(chǎn)品集成化與智能化

針對LED的具體應(yīng)用，可選擇最新的封裝工藝，即共晶焊，既可以有效提高該照明工具的散熱效果，獲得更長的使用壽命，還能夠進(jìn)一步豐富其燈具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與造型設(shè)計(jì)，大幅度提升其美觀度。同時(shí)，LED具有很高的可控性，在今后的發(fā)展中可通過對微電子技術(shù)、智能控制技術(shù)的應(yīng)用，促使照明設(shè)備具備更高的智能化管理水平。

3.3 透鏡與燈罩設(shè)計(jì)一體化

LED光源具備很強(qiáng)的方向性特征與很高的可控性，能夠借助科學(xué)合理的光學(xué)處理技術(shù)，在極大程度上提高該照明工具的光通量。LED光源能夠由點(diǎn)光源發(fā)展成面光源，以此在極大程度上增加發(fā)光面，滿足功能照明要求，從而有效緩解人們的視覺疲勞。此外，透鏡兼具聚光與防護(hù)效果，可防止光的重復(fù)浪費(fèi)，使燈具光照條件具備更好的美觀性，節(jié)省應(yīng)用成本[4]。

3.4 LED散熱高效化

在LED的具體應(yīng)用中，由于該節(jié)能燈中的大部分電能轉(zhuǎn)變成了熱能，會升高節(jié)能燈的溫度，一旦溫度達(dá)到一定限值后，就會引發(fā)LED燈具光衰問題，久而久之，會縮短燈具的使用壽命，降低其可靠性。針對這一情況，相關(guān)人員需要進(jìn)一步優(yōu)化LED，注重提高其散熱性能，也就是需要選擇更加適宜的導(dǎo)熱材料，全面考慮燈具的整體散熱片外表熱交換形式，通過將散熱翅片安裝到燈具四周來增加燈具散熱面積，并在其殼體外表面安裝散熱孔，為燈具提供散熱通道，形成開放的結(jié)構(gòu)形式，從而有效提升燈具散熱效果[5]。

3.5 產(chǎn)品人性化與藝術(shù)化

科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展推動著LED照明的創(chuàng)新和變革，人們開始注重各種光色和亮度對用戶身心造成的影響。通常很多人更加喜歡暖色光源或是黃色光源，借助三基色LED，能夠讓燈具的顏色、灰度及亮度發(fā)生不間斷的調(diào)節(jié)變化，呈現(xiàn)出豐富絢麗的光源色彩。同時(shí)，LED將朝著小體積方向發(fā)展，更高效地控制光線，燈具外觀設(shè)計(jì)也將更加豐富多樣，從而具備更好的美觀性。

4 結(jié)束語

綜上所述，近年來LED在各領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，并有著顯著的應(yīng)用效果。有效應(yīng)用LED不僅能實(shí)現(xiàn)照明等基本功能，還能夠避免不必要的能源浪費(fèi)，降低成本，符合我國節(jié)能減排的發(fā)展要求。同時(shí)，為了獲得更優(yōu)的效果，相關(guān)人員需要高度重視LED的優(yōu)化設(shè)計(jì)和應(yīng)用，不斷提高其可控性、美觀性等，從而促進(jìn)我國照明領(lǐng)域的良好發(fā)展。