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高亮度白光LED需要高性能LED驱动器
在很多家庭、机构、政府和工业应用中,高亮度(HB)白光LED(发光二极管)正在迅速取代白炽灯照明。在过去一年中,白光LED灯在通用照明应用中占到50%以上,并最终超越了以往大多由彩色照明的美感来驱动的彩色LED应用。白光LED照明增长的新驱动力相当简单:更低的能耗和低得多的电费。在很多情况下,LED更高的效率使功耗降低多达88%,从而也极大地降低了二氧化碳排放量 (为这些LED供电需要发电,发电产生二氧化碳)。根据Strategies Unlimited提供的数据,到2012年,高亮度(HB)白光LED通用照明市场预计将超过50亿美元,对应从2009年到2012年的年复合增长率(CAGR)为28%。这仅仅是开始,因为随着LED在商业上更具经济效益,它们的高发光效率只会进一步加速推进从白炽灯、荧光灯和高压钠灯向高亮度白光LED转变的好处。  根据一些计算,从传统的白炽灯和荧光灯转换成LED照明可以使目前全球所需总电能节省高达10%。由于人们加速努力降低发电产生的总二氧化碳排放量,因此全球照明所需电能可能降低10%这一点促进了这种转变。  什么因素支持了这么高的增长潜力?首先,目前一代LED产生光的效率比白炽灯高10倍,是荧光灯和高压钠灯(HPS)的两倍多,因此极大地降低了提供所需光输出(以流明量度)需要的电能。随着LED的进一步发展,它们从电能产生光的效率将继续提高,预计在未来几年内将会翻番。其次,今天的世界非常关注环境,而LED照明不需要像荧光灯那样处理或清除有毒水银蒸气,也没有泄露有毒水银蒸气的风险。今天用于大多数住宅附属装置的CCFL灯含有高达5mg的水银,而更大的灯含有更多的水银。第三,白炽灯每1000小时就需要更换,而荧光灯可持续使用1万小时,相比之下,LED的寿命超过10万小时。在大多数应用中,这允许LED永久性地嵌入到最终应用中,而无需装置设备。  例子包括室内和室外商用及住宅照明,如路灯、工业室内和室外照明以及有害环境照明(如发电厂和提炼厂)。在有些应用中,如每日24小时不间断运行的提炼厂,LED将持续使用多达11年。在很多应用中,LED将从不需要更换。此外,LED比类似产品小和扁平几个位数的数量级,能以非常扁平的外形尺寸制造,因此可以置入内部和外部应用。LED的小尺寸还使置入LED外壳的反射器能够制作得更精细,从而更高效率地聚焦光。白光LED提供“全光谱”纯白光,在色谱中无缝隙,从而就需要可靠视敏度的任务而言,在白光LED照明的光线下更容易看清。例如,查看色标导线、读彩色标志或区分水蒸气和火造成的烟雾,相反,在高压钠灯(HPS)照明的橙黄色光线下完成同样的任务可能非常困难,因为在这种光线下不能准确区分颜色。  与人眼能够检测到的速度相比,LED还能以快得多的速度调光和接通/断开,这使功耗得以极大地降低。LED照明可以调光或关断,直到需要时,再即时接通至最大光强,而荧光灯或高压钠灯需要长达30秒或更长的时间,才能达到最大光强。  然而,照明系统设计师的最大挑战之一是,如何最大限度实现最新一代LED的所有好处。因为LED一般需要一个准确和高效率的DC电流源和一种调光方法,所以必须设计LED驱动器IC,以在种类繁多的应用中满足这些需求。电源解决方案必须是高效率、坚固、非常紧凑和具有经济效益的。按理,推动从白炽灯、荧光灯和高压钠灯照明阵列向LED转换和增长最快速的应用将出现在通用内部/外部照明应用中,因为功耗节省的回报最大。  工业照明(不论是在工厂、提炼厂、零售店还是医院)在颜色、快速接通、调光能力、坚固性、易于设计以及当然还有效率方面都需要一些特定的标准。不过,因为使用LED的新型照明设计一般都比白炽灯设计昂贵,所以从长远来看,必须用更高效率的发光来极大地降低耗电成本。正如前面提到的那样,LED照明提供比等效白炽灯高约10倍的效率,而与荧光灯或高压钠灯比较时高2倍或3倍多,从而促进了长期节能。每日24小时不间断运行的工厂照明等应用用不了几年就能收回成本。其它应用可能需要5年时间。  与白炽灯、荧光灯和高压钠灯首选的高压AC电源不同,LED一般使用电压低得多的DC电压源,视应用和LED配置的不同,电压范围一般从仅为8V~72V。不过,大多数新型设计将在12V~24V的DC输入范围内工作,而有些改良设计会使用一个12V AC输入。  为了确保最佳性能和长工作寿命,LED需要一个有效的驱动电路。这些驱动电路必须能够靠一个不精确稳定的电源轨工作,对电流和温度进行限制。无论输入电压如何变化,LED驱动器都要向LED串提供恒定电流,以保持恒定光输出和颜色不变。出于这个原因,常常需要恒定频率、电流模式LED驱动器拓扑。与电压模式控制相比,电流模式控制改善了环路动态特性并提供逐周期限流,从而向LED提供了恒定电流。最后,LED驱动器必须提供高于90%的效率,以最大限度减少对外部散热器的需求并保持照明系统的高效率。
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