LED驅動(dòng)電源節能技術(shù)發(fā)展趨勢
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在設施農業(yè)中，通常所采用的人工光源是熒光燈與高壓鈉燈。近年來(lái)，隨著(zhù)光電技術(shù)的發(fā)展，發(fā)光二極管（LED）的亮度與效率也大幅度提高，使得這種光源在設施農業(yè)生產(chǎn)中的應用變?yōu)榭尚?，尤其對封閉可調控的設施農業(yè)環(huán)境（如植物工廠(chǎng)，組織培養室、植物生長(cháng)箱等）是一種非常合適的人工光源。為此，本文主要介紹了LED在設施農業(yè)中的應用及發(fā)展趨勢。
市景觀(guān)照明追求的不是亮度，而是藝術(shù)的創(chuàng )意設計，LED產(chǎn)品應該能夠找到它的用武之地。發(fā)光角度小的LED方向性強，可作局部重點(diǎn)照明；在封裝材料中添入散射劑可以實(shí)現175度的發(fā)光角適合較大范圍內的照明，問(wèn)題是目前城市夜景照明中建設單位過(guò)于追求高亮度難以給設計師提供足夠大的選擇范圍，目前在城市夜景照明工程中常用的LED光源主要有：線(xiàn)性發(fā)光燈具、裝飾草坪燈、景觀(guān)燈、球泡、水下燈、地面燈具：地埋燈、發(fā)光地磚、石燈、利用太陽(yáng)能電池作為能源的LED燈具。
國際上LED的醫學(xué)應用研究工作從20世紀90年代開(kāi)始，1993年美國太空總署（NASA）首先提出LED生物醫學(xué)應用研究。其研究?jì)热莅ǎ豪肔ED照射舒緩宇航員運動(dòng)疲勞、處理傷口，用于腫瘤的光動(dòng)力治療和消除皮膚炎癥、潰瘍，促進(jìn)創(chuàng )傷愈合以及面部嫩膚、除皺、除斑，治療座瘡等等。相繼推出LED醫療應用成果的還有以色列和英國。通過(guò)大量臨床實(shí)踐，各國生物醫學(xué)界專(zhuān)家一致認為L(cháng)ED醫療器械是目前最能替代He-Ne激光器進(jìn)行光療的器械，在醫學(xué)應用領(lǐng)域有著(zhù)極其廣泛的開(kāi)發(fā)前景。故LED電路的設計顯得尤為重要，沒(méi)有驅動(dòng)LED永遠發(fā)不了光。每個(gè)廠(chǎng)家所用LED都是一樣的，不同之處在于驅動(dòng)電路的不同，好的驅動(dòng)電路能使其工作時(shí)間更長(cháng)，發(fā)揮更多的作用，節約更多的能源，LED相比于普通的白熾燈所用電量更少，但能發(fā)出同樣的光芒，使用年限也更長(cháng)，正因為有各種高性能高質(zhì)量的電路使得LED能發(fā)揮其歷史性的作用，來(lái)為我們照福，為國家照福，為人類(lèi)照福。
一、國內外研究現狀及發(fā)展趨勢
?。?）國外LED電路發(fā)展現狀。半導體照明技術(shù)的開(kāi)發(fā)研究引起了全球研究機構和企業(yè)的重視。國外共有近200家公司參與GaN器件、材料和設備的開(kāi)發(fā)，近300所大學(xué)和研究所參與GaN的研發(fā)。目前，功率型白光LED光視效能（發(fā)光效率）已經(jīng)達到100lm/W，研究水平達到160lm/W。經(jīng)過(guò)技術(shù)發(fā)展和市場(chǎng)競爭，世界主要LED廠(chǎng)商已經(jīng)形成各自的技術(shù)特色。日本日亞化學(xué)處于全球技術(shù)領(lǐng)先水平，壟斷高端白色、藍、綠色LED的市場(chǎng)，豐田合成在白光LED及車(chē)燈照明技術(shù)開(kāi)發(fā)據國際前端；美國Cree的碳化硅襯底生長(cháng)GaN外延片國際領(lǐng)先，傳統照明巨頭Philips絕對控股的美國Lumileds功率型白光LED國際領(lǐng)先；傳統照明巨頭Osram歐司朗控股的德國歐司朗光電半導體功率型LED封裝和車(chē)用LED燈具開(kāi)發(fā)國際領(lǐng)先。
?。?）國內LED電路發(fā)展現狀。國內的外延片生長(cháng)技術(shù)主要源于美國、基本上是進(jìn)口美國的有機金屬化學(xué)氣相沉淀（MOCVD）裝備，這些裝備在美國就不是一流的裝備，在整個(gè)LED產(chǎn)業(yè)外延片的生長(cháng)、芯片、芯片封裝3個(gè)環(huán)節中，外延片生長(cháng)投資要占到70%，外延片成本要占到封裝成成品的70%，同時(shí)外延片生長(cháng)技術(shù)的人才全世界都缺乏，簡(jiǎn)單的說(shuō)，外延片的水平?jīng)Q定了整個(gè)LED產(chǎn)業(yè)水平，國內近幾年也陸續引進(jìn)了50多臺MOCVD裝備，均處理大生產(chǎn)工藝摸索階段，一旦工藝成熟，則會(huì )上10倍地增大裝備數量形成規模生產(chǎn)，市場(chǎng)需求巨大。
國家“863”計劃和信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展基金及時(shí)支持了國產(chǎn)外延設備如液相外延爐和MOCVD設備的研發(fā)（中科院半導體所、中電科技集團公司第四十八所），通過(guò)整機消化吸收，關(guān)鍵技術(shù)再創(chuàng )新等措施，填補了國內空白，使長(cháng)期制約我國LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展的裝備瓶頸得以突破。隨著(zhù)國家照明工程的起步，國內LED芯片設備的巨大需求再次引起了國外半導體設備生產(chǎn)商的積極響應，他們日益重視中國這個(gè)巨大的市場(chǎng)，但是，這里面也存在著(zhù)一個(gè)隱憂(yōu)，國外芯片設備高昂的價(jià)格，相對制約了國內企業(yè)的規?；?、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，也消耗了國家大量寶貴的外匯。同樣也擠占了國內設備生產(chǎn)商的發(fā)展空間。
二、LED驅動(dòng)電源技術(shù)發(fā)展趨勢
LED行業(yè)的興起，并不是偶然的，而是在整個(gè)科學(xué)發(fā)展的條件下，在節能環(huán)保的號召下，在人類(lèi)能源日漸緊張的情況下發(fā)展起來(lái)的。能源的浪費與消耗，勢必呼喚新節能產(chǎn)品誕生，即使不是LED也是其它同類(lèi)產(chǎn)品來(lái)取代，所以說(shuō)LED照明的興起，是有其必然性的。作為L(cháng)ED照明的核心驅動(dòng)力，LED驅動(dòng)電源的發(fā)展直接影響LED的普及和大眾化。怎么降低LED成本，讓LED照明進(jìn)入千家萬(wàn)戶(hù)，這是擺在所有LED人面前的一個(gè)重要課題，同時(shí)也是一次重大的發(fā)展機遇。
未來(lái)LED驅動(dòng)電源將向何處發(fā)展呢？我們都知道，LED驅動(dòng)電源是直接為L(cháng)ED提供驅動(dòng)力的，相當于發(fā)動(dòng)機。LED驅動(dòng)電源技術(shù)的發(fā)展，對LED相關(guān)行業(yè)的發(fā)展是至關(guān)重要的。也是具有決定意義的。LED驅動(dòng)電源的主要功能是將交流電壓轉換為直流電壓，并同時(shí)完成與LED的電壓和電流的匹配。隨著(zhù)硅集成電路電源電壓的直線(xiàn)下降，LED工作電壓越來(lái)越多地處于電源輸出電壓的最佳區間。恒流恒壓這些技術(shù)，將會(huì )越來(lái)越普遍。
?。?）針對LED的特點(diǎn)開(kāi)發(fā)一系列恒壓恒流控制電子電路，利用集成電路技術(shù)將每顆LED的輸入電流控制在最佳電流值，使得LED能獲得穩定的電流，并產(chǎn)生最高的輸出光通量。LED驅動(dòng)電源在輸入電壓和環(huán)境溫度等因素發(fā)生變動(dòng)的情況下最好能控制LED電流的大小。
?。?）LED驅動(dòng)電源具有智能控制功能，使LED的負載電流能夠在各種因素的影響下都能控制在預先設計的水平上。當負載電流因各種因素而產(chǎn)生變化時(shí)，初級控制IC可以通過(guò)控制開(kāi)關(guān)使負載電流回到初始設計值上。
?。?）在控制電路電路設計方面，要向集中控制，標準模塊化，系統可擴展性三方面發(fā)展。
?。?）在目前LED光效和光通量有限的情況下，充分發(fā)揮LED色彩多樣性的特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)變色LED燈飾的控制電路。
2011年LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度小于預期，藍寶石襯底、LED芯片價(jià)格自年初以來(lái)連續下跌，前7個(gè)月平均跌幅超過(guò)20%。在LED產(chǎn)業(yè)的上游端，藍寶石襯底在建項目產(chǎn)能達10100萬(wàn)片/年，而中國當前實(shí)際需求量?jì)H為685萬(wàn)片，尚不足產(chǎn)能的1/10。
這反映了當前LED產(chǎn)業(yè)面臨的發(fā)展困境。國家半導體照明工程研發(fā)分析說(shuō)，LED上游廠(chǎng)商產(chǎn)能有些過(guò)剩，而中下游應用端市場(chǎng)不如預期好，導致LED產(chǎn)品價(jià)格持續下滑，部分中小LED企業(yè)面臨生存困境。
分析國內外產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策，LED照明都毫無(wú)疑問(wèn)代表了未來(lái)照明的方向，隨著(zhù)一系列扶持政策的陸續出臺，以及技術(shù)、觀(guān)念的全面革新，LED產(chǎn)業(yè)將在未來(lái)三五年開(kāi)啟爆發(fā)式增長(cháng)模式。
LED產(chǎn)業(yè)的市場(chǎng)蛋糕究竟有多大？何時(shí)才能真正做大？這個(gè)是當下LED人最關(guān)心的問(wèn)題。按照“十二五”發(fā)展目標，LED照明將占據國內30%以上的市場(chǎng)份額，產(chǎn)值預期將達到5000億元。最新消息透露，半導體照明“十二五”專(zhuān)項規劃將于今年9月份出臺，屆時(shí)很多疑問(wèn)都將水落石出。
5000億是個(gè)怎樣的概念？翻開(kāi)資料，去年中國LED應用產(chǎn)值才過(guò)1000億元，相當于LED產(chǎn)值在未來(lái)三四年增長(cháng)到去年的四五倍。這是對國家政策和市場(chǎng)形勢雙重分析后得出的結論，實(shí)現的可能性非常大。對國內LED產(chǎn)業(yè)將形成極大推力，很多企業(yè)將迎來(lái)爆發(fā)式增長(cháng)。
對LED市場(chǎng)的樂(lè )觀(guān)預期，更多地緣于LED產(chǎn)品的節能效果。以一盞10瓦LED燈代替60瓦白熾燈為例，每小時(shí)可省0.05度電，一年可省電183度。全中國每人平均用一盞LED燈替代60瓦白熾燈，可省183度電/年×13億人=2379億度電/年，相當于3座三峽水力發(fā)電廠(chǎng)的電量。
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