隨著(zhù)全球工業(yè)的發(fā)展，在工業(yè)化過(guò)程中二氧化碳排放的大量增加，全球氣候惡化，各地洪澇旱災、冰雹雪災時(shí)有創(chuàng )紀錄之勢，嚴重威脅著(zhù)人類(lèi)的生存。為共同應對威脅，2009年12月,各國首腦聚集哥本哈根，商討節能減排大計，各地積極制定和推行低碳計劃。作為綠色、環(huán)保節能的LED照明，越來(lái)越受各國青睞，中國的“十城萬(wàn)盞”，美國洛杉磯的“十四萬(wàn)盞計劃”正如火如荼推行。而調光技術(shù)在LED照明中的成功應用將進(jìn)一步提高節能減排的效果。
一、調光的必要性
電能作為一種綠色能源，在各國能源應用領(lǐng)域中占越來(lái)越大的比重。據中國工程院院士陳良惠調查得出結論，估計在2010年，全國的用電量將達2.7萬(wàn)億度，其中照明用電量將超過(guò)3000億度。因LED照明耗電僅為傳統白熾燈和HID燈的1/3，若采用LED燈替換現有的傳統燈具，將有望節省電能2/3。其節約能源的效果可見(jiàn)一斑。
調光技術(shù)的應用將進(jìn)一步降低耗能，節省照明用電。目前，公共照明用電占整個(gè)照明領(lǐng)域三分之一，高達1000億度。在國內，城市一般從傍晚5：30或6：00開(kāi)始亮燈，然而小型城市在夜晚9點(diǎn)后、大中城市在午夜12點(diǎn)后，道路上路人稀少，即使在北京、上海及廣州等繁華的都市，凌晨2、3點(diǎn)之后，道路上也罕見(jiàn)行人和車(chē)輛。從這一段時(shí)間開(kāi)始至清晨6點(diǎn)路燈熄滅，在低交通流量的道路上仍保持較高的照度顯然沒(méi)有十分的必要。若能采用調光技術(shù)，使得LED路燈的輸出功率在午夜12點(diǎn)后隨著(zhù)交通流量的減少而降低至一半，將節約用電高達500億度，相當于節約了2009年三峽電站全年發(fā)電量的大約八分之五(三峽電站2009年發(fā)電798.5億千瓦時(shí))，節能效果非常顯著(zhù)。
采用調光技術(shù)，降低輸出功率，將顯著(zhù)改善LED燈具的工作環(huán)境，延長(cháng)燈具壽命，提高可靠性。影響LED燈具可靠性的關(guān)鍵因素是溫度。無(wú)論是LED驅動(dòng)電源還是LED芯片，環(huán)境溫度越高，其壽命和可靠性會(huì )急劇下降。圖一為L(cháng)ED驅動(dòng)電源壽命與溫度關(guān)系，當環(huán)境溫度為25℃時(shí)LED電源壽命高達320,000小時(shí)，而當溫度上升至60℃時(shí)，LED電源的壽命將縮短至只有35，000小時(shí)。
溫度越高，LED芯片的光衰也明顯加劇。如圖二為Cree公司的LED光源光衰曲線(xiàn)。從圖中可以看出，LED的光衰和它的結溫有密切的關(guān)系，所謂結溫就是半導體PN結的溫度，結溫越高，LED光源越早出現光衰，也就是壽命越短。從圖上可以看出，假如結溫為105℃，亮度降至70%的LED光源壽命只有一萬(wàn)多小時(shí);結溫95℃時(shí)LED光源壽命就有2萬(wàn)小時(shí);而結溫降低到75℃，壽命就可長(cháng)達到5萬(wàn)小時(shí)，65℃時(shí)壽命更可以延長(cháng)至9萬(wàn)小時(shí)。綜上所述，延長(cháng)LED光源壽命的關(guān)鍵就是要降低結溫。
采用調光技術(shù)，隨著(zhù)輸出功率地降低，驅動(dòng)電源自身?yè)p耗也將降低，其殼溫也將同時(shí)下降。如圖三所示200WLED驅動(dòng)電源輸出功率與外殼殼溫曲線(xiàn)。當環(huán)境溫度為25℃滿(mǎn)載輸出時(shí)，外殼溫度為50℃，而采用調光技術(shù)控制輸出只有50%功率時(shí)，其外殼溫度下降至40℃，壽命也將翻倍，可靠性可提高25%-40%。
傳統白熾燈或HID由于無(wú)法調光，七十年代日本能源危機下，曾采用間隔點(diǎn)燈方法試圖節能。但由于路面照度不均勻，導致路人的視覺(jué)出現問(wèn)題，治安和道路交通事故大幅上升，最后不得不放棄間隔點(diǎn)燈法。調光技術(shù)的迅速發(fā)展，會(huì )將LED照明調光系統帶入一個(gè)嶄新的領(lǐng)域，從而將綠色環(huán)保節能的LED照明應用進(jìn)行大范圍的普及與推廣。
二、LED燈具主要調光技術(shù)簡(jiǎn)介
在LED剛開(kāi)始應用于道路等公共照明時(shí)，在推廣初期，有些LED燈廠(chǎng)為了達到調光節能的目的，借鑒了間隔點(diǎn)燈的思路，將一盞LED燈的LED芯片分成兩部分，分別控制其驅動(dòng)電流的通和斷，在午夜12點(diǎn)前，所有LED全部點(diǎn)亮，12點(diǎn)之后斷開(kāi)一半，以達到節能目的。此種調光方式能達到一定的節能效果，照度的均勻度較傳統間隔點(diǎn)燈方式有明顯改善，但是仍將影響LED燈具的配光曲線(xiàn)。為了進(jìn)一步改善LED燈具的光效和配光曲線(xiàn)，有些LED燈廠(chǎng)又考慮將LED芯片采用間隔方式排布，在調光時(shí)只看到間隔的亮或者滅，在一定程度上改善了均勻度和配光。
LED芯片的亮度與LED驅動(dòng)電流成定比例關(guān)系，因此可通過(guò)調節LED驅動(dòng)電流來(lái)實(shí)現LED燈的調光，第二種調光方式通常被稱(chēng)為模擬調光方式或線(xiàn)性調光方式。該種調光方式的優(yōu)點(diǎn)是：當驅動(dòng)電流線(xiàn)性增加或減少時(shí)，相對減少了驅動(dòng)電流過(guò)沖中對LED芯片的影響，控制電路抗干擾性較強。其缺點(diǎn)是驅動(dòng)電流的大小變化，將對LED芯片的色溫有一定影響。此種調光方式目前典型的應用是安徽六潛、六武高速公路LED隧道燈照明。
第三種調光方式是脈亮調制(PWM)方式。該種方式是通過(guò)一定的控制使驅動(dòng)電流呈方波狀，其脈沖寬度可變，通過(guò)脈沖寬度的調節改變LED燈持續點(diǎn)亮的時(shí)間，也同時(shí)改變了輸出功率，從而達到節能的目的。頻率一般控制在200Hz~10KHz，由于人的眼睛視覺(jué)的滯留性，不會(huì )感覺(jué)到光源在調光過(guò)程中發(fā)生的閃爍。此種調光方式的優(yōu)點(diǎn)是能改善LED的散熱，缺點(diǎn)是驅動(dòng)電流的過(guò)沖對LED芯片的壽命有一定的影響。
以上三種調光方式都是根據LED驅動(dòng)電流輸出端的控制來(lái)分類(lèi)的�？刂齐娐芬部梢苑譃槟M控制和PWM控制，控制電路通常是通過(guò)微控制器(如單片機)來(lái)實(shí)現的。
三、調光系統的組成與未來(lái)發(fā)展
完善的智能控制應該具有手動(dòng)控制、智能控制、光控、時(shí)控及故障報警控制功能。當太陽(yáng)下山天色漸暗后能自動(dòng)點(diǎn)亮，午夜12點(diǎn)后燈的照度能自動(dòng)減半;天亮后，燈能自動(dòng)熄滅;特殊情況下，人能夠手工控制;而在燈具發(fā)生故障時(shí)，控制系統能自動(dòng)報警。
智能調光系統主要由服務(wù)器、中央控制器、單片控制器及信號檢測電路四大部分組成。
服務(wù)器：由上位機和上位機軟件組成，主要實(shí)現監控操作和報警功能。服務(wù)器位于路燈管理等控制中心，其與中央控制器之間的聯(lián)系可采用電力載波、網(wǎng)絡(luò )或無(wú)線(xiàn)方式。
中央控制器：負責接受服務(wù)器發(fā)來(lái)的信號，并解碼后發(fā)送至單元控制器，實(shí)現控制，同時(shí)將信號檢測的結果傳送至服務(wù)器。
信號檢測電路：檢測環(huán)境亮度、驅動(dòng)電源電壓、電流。并將檢測所得的信號發(fā)送至單元控制器或者中央控制器。
單元控制器：每一盞LED燈配有一個(gè)單元控制器，通過(guò)接收中央控制器的指令，對LED進(jìn)行調光或者開(kāi)與關(guān)控制，同時(shí)將LED燈的驅動(dòng)電壓、電流通過(guò)信號檢測電路送到中央控制器。當LED燈具出現故障時(shí)將故障信號傳送至中央控制器。
目前在道路照明領(lǐng)域，LED的應用正在迅速普及，長(cháng)壽命和可靠性仍是目前考慮的第一要素，但隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，當壽命和可靠性問(wèn)題在一定程度上得已解決時(shí)，LED照明應用必然朝智能化調光系統大步邁進(jìn)。 |
