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LED驱动电源技术的发展趋势

在设施农业中,通常所采用的人工光源是荧光灯与高压钠灯。近年来,随着光电技术的发展,发光二极管(LED)的亮度与效率也大幅度提高,使得这种光源在设施农业生产中的应用变为可行,尤其对封闭可调控的设施农业环境(如植物工厂,组织培养室、植物生长箱等)是一种非常合适的人工光源。为此,主要介绍了LED在设施农业中的应用及发展趋势。

市景观照明追求的不是亮度,而是艺术的创意设计,LED产品应该能够找到它的用武之地。发光角度小的LED方向性强,可作局部重点照明;在封装材料中添入散射剂可以实现175度的发光角适合较大范围内的照明,问题是目前城市夜景照明中建设单位过于追求高亮度难以给设计师提供足够大的选择范围,目前在城市夜景照明工程中常用的LED光源主要有:线性发光灯具、装饰草坪灯、景观灯、球泡、水下灯、地面灯具:地埋灯、发光地砖、石灯、利用太阳能电池作为能源的LED灯具。

国际上LED的医学应用研究工作从20世纪90年代开始,1993年美国太空总署(NASA)首先提出LED生物医学应用研究。其研究内容包括:利用LED照射舒缓宇航员运动疲劳、处理伤口,用于肿瘤的光动力治疗和消除皮肤炎症、溃疡,促进创伤愈合以及面部嫩肤、除皱、除斑,治疗座疮等等。相继推出LED医疗应用成果的还有以色列和英国。通过大量临床实践,各国生物医学界专家一致认为LED医疗器械是目前最能替代He-Ne激光器进行光疗的器械,在医学应用领域有着极其广泛的开发前景。故LED电路的设计显得尤为重要,没有驱动LED永远发不了光。每个厂家所用LED都是一样的,不同之处在于驱动电路的不同,好的驱动电路能使其工作时间更长,发挥更多的作用,节约更多的能源,LED相比于普通的白炽灯所用电量更少,但能发出同样的光芒,使用年限也更长,正因为有各种高性能高质量的电路使得LED能发挥其历史性的作用,来为我们照福,为国家照福,为人类照福。

一、国内外研究现状及发展趋势

(1)国外LED电路发展现状。半导体照明技术的开发研究引起了全球研究机构和企业的重视。国外共有近200家公司参与GaN器件、材料和设备的开发,近300所大学和研究所参与GaN的研发。目前,功率型白光LED光视效能(发光效率)已经达到100lm/W,研究水平达到160lm/W。经过技术发展和市场竞争,世界主要LED厂商已经形成各自的技术特色。日本日亚化学处于全球技术领先水平,垄断高端白色、蓝、绿色LED的市场,丰田合成在白光LED及车灯照明技术开发据国际前端;美国Cree的碳化硅衬底生长GaN外延片国际领先,传统照明巨头Philips绝对控股的美国Lumileds功率型白光LED国际领先;传统照明巨头Osram欧司朗控股的德国欧司朗光电半导体功率型LED封装和车用LED灯具开发国际领先。

(2)国内LED电路发展现状。国内的外延片生长技术主要源于美国、基本上是进口美国的有机金属化学气相沉淀(MOCVD)装备,这些装备在美国就不是一流的装备,在整个LED产业外延片的生长、芯片、芯片封装3个环节中,外延片生长投资要占到70%,外延片成本要占到封装成成品的70%,同时外延片生长技术的人才全世界都缺乏,简单的说,外延片的水平决定了整个LED产业水平,国内近几年也陆续引进了50多台MOCVD装备,均处理大生产工艺摸索阶段,一旦工艺成熟,则会上10倍地增大装备数量形成规模生产,市场需求巨大。

国家“863”计划和信息产业发展基金及时支持了国产外延设备如液相外延炉和MOCVD设备的研发(中科院半导体所、中电科技集团公司第四十八所),通过整机消化吸收,关键技术再创新等措施,填补了国内空白,使长期制约我国LED产业发展的装备瓶颈得以突破。随着国家照明工程的起步,国内LED芯片设备的巨大需求再次引起了国外半导体设备生产商的积极响应,他们日益重视中国这个巨大的市场,但是,这里面也存在着一个隐忧,国外芯片设备高昂的价格,相对制约了国内企业的规模化、产业化发展,也消耗了国家大量宝贵的外汇。同样也挤占了国内设备生产商的发展空间。

二、LED驱动电源技术发展趋势

LED行业的兴起,并不是偶然的,而是在整个科学发展的条件下,在节能环保的号召下,在人类能源日渐紧张的情况下发展起来的。能源的浪费与消耗,势必呼唤新节能产品诞生,即使不是LED也是其它同类产品来取代,所以说LED照明的兴起,是有其必然性的。作为LED照明的核心驱动力,LED驱动电源的发展直接影响LED的普及和大众化。怎么降低LED成本,让LED照明进入千家万户,这是摆在所有LED人面前的一个重要课题,同时也是一次重大的发展机遇。

未来LED驱动电源将向何处发展呢?我们都知道,LED驱动电源是直接为LED提供驱动力的,相当于发动机。LED驱动电源技术的发展,对LED相关行业的发展是至关重要的。也是具有决定意义的。LED驱动电源的主要功能是将交流电压转换为直流电压,并同时完成与LED的电压和电流的匹配。随着硅集成电路电源电压的直线下降,LED工作电压越来越多地处于电源输出电压的最佳区间。恒流恒压这些技术,将会越来越普遍。

(1)针对LED的特点开发一系列恒压恒流控制电子电路,利用集成电路技术将每颗LED的输入电流控制在最佳电流值,使得LED能获得稳定的电流,并产生最高的输出光通量。LED驱动电源在输入电压和环境温度等因素发生变动的情况下最好能控制LED电流的大小。

(2)LED驱动电源具有智能控制功能,使LED的负载电流能够在各种因素的影响下都能控制在预先设计的水平上。当负载电流因各种因素而产生变化时,初级控制IC可以通过控制开关使负载电流回到初始设计值上。

(3)在控制电路电路设计方面,要向集中控制,标准模块化,系统可扩展性三方面发展。

(4)在目前LED光效和光通量有限的情况下,充分发挥LED色彩多样性的特点,开发变色LED灯饰的控制电路。

2011年LED产业发展速度小于预期,蓝宝石衬底、LED芯片价格自年初以来连续下跌,前7个月平均跌幅超过20%。在LED产业的上游端,蓝宝石衬底在建项目产能达10100万片/年,而中国当前实际需求量仅为685万片,尚不足产能的1/10。

这反映了当前LED产业面临的发展困境。国家半导体照明工程研发分析说,LED上游厂商产能有些过剩,而中下游应用端市场不如预期好,导致LED产品价格持续下滑,部分中小LED企业面临生存困境。

分析国内外产业发展政策,LED照明都毫无疑问代表了未来照明的方向,随着一系列扶持政策的陆续出台,以及技术、观念的全面革新,LED产业将在未来三五年开启爆发式增长模式。

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