Lucio Di Jasio
本文作者为Microchip Technology利用部经理
本文作者为Microchip Technology利用部经理
近年来，新型固态照明(SSL)解决计划能源效率更高、功效也更加强化，特别是功率发光二极管(LED)的导进更造成照明市场的重大变更。在众多垂直利用范畴如号志灯、汽车利用和液晶电视(LCD TV)背光利用，LED成为令人无法抗拒的调换计划。然而，将LED广泛利用于普通照明却并非易事，SSL解决计划的本钱和效能无疑将持续改良，盼看在2010年得以广泛采用。
SSL抢攻普通照明市场
新型固态照明转向普通照明市场的标题在于市场的容量及惯性，其它高效照明技巧在近几年也尝试进进普通照明市场，但多数都没有成功。一种新照明技巧要在复杂的市场中占领一席之地必需克服种种阻碍，而紧密型荧光灯的正是一例。其与旧产品的兼容性需求也许是最大挑衅，而且很多对新型固态照明持猜忌态度的人指出，尝试直接改良白炽灯泡照明利用的设计存在很大的风险。温度治理、能量转换和色彩治理都是必需解决的基础标题。产业界人士开端意识，不但有必要将传统的机电解决计划改良为更加高真个电子解决计划，而且还须采用智能的数字把持方法，从而享受此技巧所带来的收益和本钱的节俭。
白光为各LED厂切磋论焦点
LED技巧最大的长处之一在于能够以电磁辐射的情势，产生频谱极窄的纯色光，而且效率高、无热辐射。假如产生的色彩正好是想要的色彩，固然很好，但是在普通照明利用中，我们真正想要的是“白色”的光。换句话说，我们需要以准确的比例混杂多种色彩，类似经过地球大气层过滤后达到人眼时的太阳光的光谱。
尽管与荧光灯类似，也是通过在蓝光或紫外线发光器顶部涂上一层含磷材料，才干从LED光源中获得白光，但实际含磷材料的成分及其厚度和涂层地位还是所有重要的LED制作商广泛探讨的议题，而这也反应到制作商每个月都会颁布更新、更高效的研究成果上。而且，产生光的质量也不断提高，人眼感知的质量实际上是通过丈量相干色温，也就是与灯的感知色非常接近的黑体温度(CCT)测得的。这是一个非常重要的标题，由于早期荧光灯所产生的光有些刺眼，因此导致了早期紧密型荧光灯的“冷遇”。
从LED获得白光的另外一个方法是按照准确的比例准确混杂来自三色发光器的红、绿和蓝光(RGB)，这样不但可以获得白光，还可以获得需要的相干色温。图1为一个简略利用电路，它应用一个八接脚封装的8位微把持器把持三色LED。通过简略的软件技巧把持三个发光器的相对亮度，每个发光器约可达到6位分辨率(供给六十四个亮度等级)，足以对色彩输出(白光)进行准确把持和选择需要的CCT。
图中的PIC12HV615闪存微把持器整合了分流稳压器、供给8MHz时钟的振荡器、重设电路和模仿数字转换器，供给一个完整而机动的单芯片解决计划。此闪存组件的电路内可程序化功效也答应在生产时履行色彩校准过程，从而为补偿各种发光器的性能差别和组件之间的差别供给了一种方法。 @@@@@@@@@@
LED应用寿命虽长 却易产生色度漂移
图1中的解决计划有很多利用，如利用在请求每个模块的色彩输出与附近模块的色彩相匹配的汽车仪表板照明中。越来越多称为情境照明的利用也陆续呈现，当然，也存在一些明显的缺点。
图1 简略的白光LED系统典范
首先，此解决计划的效率较低，由于它是一个线性解决计划，且每个发光器串联的限流电阻器会耗费一些功率。在利用的全部生命周期中还会呈现更多的标题。
实际上，LED技巧的重要长处之一在于极长的工作寿命，但这也导致了色度漂移的标题。LED在工作50,000小时或更久后，其光输出会逐渐降落到其标称值的70％。相较于白炽灯泡在应用1,500小时之后会忽然报废的状态，其应用寿命确实很长。但不幸的是，在这50,000小时中白光LED的CCT会产生变更，随着荧光粉的老化而升温，趋近于蓝色。即使是RGB LED解决计划也会有类似的标题，随着三色发光器以不同的速度按照不同的曲线缓慢的老化，还是一样会产生CCT色度漂移。
通过应用微把持器的智能功效，可以设计出多种技巧，以应用猜测算法或通过实现逝世循环把持系统来对组件的老化进行补偿。很多制作商会采用对光色彩敏感的组件，当配合简略的PID算法应用时可以一次解决色度漂移标题，当然这样会增加解决计划的本钱。由于变更是在数千个小时中极其缓慢地进行，所以毋须高盘算性能，即使是最低本钱的8位微把持器也可用于实现此把持机制。这种机制不但可以补偿LED的老化，还可以补偿驱动电路的老化，这个长处对于如此长的利用寿命时间而言是非常重要的。
温度治理为照明利用挑衅
普通照明利用另一挑衅为温度治理。如前述高功率LED在窄频谱范畴(在可视光谱中)内向外产生电磁辐射时不会耗费过剩的能量，但仍会附带产生热量。与白炽灯泡等光源的不同之处在于这种热量只能通过直接接触(传导)而不是辐射的方法传递。为了与白炽灯泡照明系统兼容，会在普通照明系统如配套设备的设计中强加一些重要的限制。换句话说，为给定额定功率的白炽灯泡设计的照明系统很难适应同等功率的LED灯，由于热传导路径可能非常有限。高热阻路径会使LED发光器敏捷过热，从而损坏含磷材料(对于白色LED)，并且很快会损坏LED接合点。
功率转换/把持为LED焦点
LED所有焦点都集中在获得最大发光效率(lm/W)上，因而驱动/把持电路的效率也必需受到同样的器重。LED是相对低电压组件(Vf～3-4伏特)，与市电供给的高压110～220伏特完整不匹配。此外，为了工作在最佳的效率等级和保护光输出的恒定，需要准确把持LED的电流。只有开关电源能够供给这种转换所需的高效率。
应用多个恒流驱动拓扑来履行所需的功率转换，隔离、功率因子校订和/或仅改良现有解决计划可能都需要应用两级处理。输进电压首先下降到中间电压，在此级应用传统技巧满足功率因素校订(PFC)和高电压隔离请求，而第二级负责满足LED电流和温度把持请求。图2显示一个智能LED解决计划，它在恒流配置中采用升压转换器MCP1630。一个小型的8位微把持器可供给机动的时钟源、可程序化电流设定点(为了使驱动电路符合不同的LED模块规范)以便进一步节俭功耗的调光功效，还供给应用远程温度传感器(整合的温度传感器如MCP9700或热敏电阻)进行的逝世循环温度把持。
图2 聪慧LED解决计划示意图
MCP1630像很多开关电源把持器一样，已供给了过温检测功效。但是，由于驱动电路的温度和实际LED模块的温度有很大的差别，MCP1630的过温检测功效与逝世循环温度把持功效可以相互补充。基于微把持器的智能解决计划可供给很大的机动性，向LED模块输出的功率随着其温度逼近临界阈值而逐步下降，直到达到平衡，而不是忽然封闭系统或仅发出警报。这种功效对于组件制作商非常重要，特别是在LED灯独立于照明系统单独设计和贸易运作而且无法保证系统温度设计准确的情况下。
也许采用智能驱动设计，亦即应用小型微把持器监控LED驱动电路的最大长处是使解决计划具有更多的智能和功效仅须添加几行程序代码。利用微把持器内置的串行通信接口实现简略的数字协议，如DMX-512或DALI，使通信接口易于实现。可应用以太网络实现更高级的系统整合，或利用ZigBee协议实现无线通信。
而且，在连接每个照明点之后，可设计一个全新的能量治理系统通过节能策略，采用更加整体的方法进一步提高全部家庭或办公楼系统的效率。
在通常的情况下，假如新型固态照明，特别是功率LED解决计划要在普通照明中产生影响并实现潜能，最好是智能解决计划--采用价格低廉的微把持器实现的小型聪慧，再参加到照明计划后可打扫阻碍先前技巧引进的很多障碍。智能解决计划有助于校准色彩、调光、治理热量和通信，从而使得固态照明成为当今普通照明中与高效节能理念相符的高性价比调换计划。
