LED驅(qū)動電源節(jié)能技術發(fā)展趨勢
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在設施農(nóng)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，隨著光電技術的發(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(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應用變?yōu)榭尚?，尤其對封閉可調(diào)控的設施農(nóng)業(yè)環(huán)境（如植物工廠，組織培養(yǎng)室、植物生長箱等）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(nóng)業(yè)中的應用及發(fā)展趨勢。
市景觀照明追求的不是亮度，而是藝術的創(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，可作局部重點照明；在封裝材料中添入散射劑可以實現(xiàn)175度的發(fā)光角適合較大范圍內(nèi)的照明，問題是目前城市夜景照明中建設單位過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：線性發(fā)光燈具、裝飾草坪燈、景觀燈、球泡、水下燈、地面燈具：地埋燈、發(fā)光地磚、石燈、利用太陽能電池作為能源的LED燈具。
國際上LED的醫(yī)學應用研究工作從20世紀90年代開始，1993年美國太空總署（NASA）首先提出LED生物醫(yī)學應用研究。其研究內(nèi)容包括：利用LED照射舒緩宇航員運動疲勞、處理傷口，用于腫瘤的光動力治療和消除皮膚炎癥、潰瘍，促進創(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(yī)療應用成果的還有以色列和英國。通過大量臨床實踐，各國生物醫(yī)學界專家一致認為LED醫(yī)療器械是目前最能替代He-Ne激光器進行光療的器械，在醫(yī)學應用領域有著極其廣泛的開發(fā)前景。故LED電路的設計顯得尤為重要，沒有驅(qū)動LED永遠發(fā)不了光。每個廠家所用LED都是一樣的，不同之處在于驅(qū)動電路的不同，好的驅(qū)動電路能使其工作時間更長，發(fā)揮更多的作用，節(jié)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，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，來為我們照福，為國家照福，為人類照福。
一、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
（1）國外LED電路發(fā)展現(xiàn)狀。半導體照明技術的開發(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、材料和設備的開發(fā)，近300所大學和研究所參與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)過技術發(fā)展和市場競爭，世界主要LED廠商已經(jīng)形成各自的技術特色。日本日亞化學處于全球技術領先水平，壟斷高端白色、藍、綠色LED的市場，豐田合成在白光LED及車燈照明技術開發(fā)據(jù)國際前端；美國Cree的碳化硅襯底生長GaN外延片國際領先，傳統(tǒng)照明巨頭Philips絕對控股的美國Lumileds功率型白光LED國際領先；傳統(tǒng)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封裝和車用LED燈具開發(fā)國際領先。
?。?）國內(nèi)LED電路發(fā)展現(xiàn)狀。國內(nèi)的外延片生長技術主要源于美國、基本上是進口美國的有機金屬化學氣相沉淀（MOCVD）裝備，這些裝備在美國就不是一流的裝備，在整個LED產(chǎn)業(yè)外延片的生長、芯片、芯片封裝3個環(huán)節(jié)中，外延片生長投資要占到70%，外延片成本要占到封裝成成品的70%，同時外延片生長技術的人才全世界都缺乏，簡單的說，外延片的水平?jīng)Q定了整個LED產(chǎn)業(yè)水平，國內(nèi)近幾年也陸續(xù)引進了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，則會上10倍地增大裝備數(shù)量形成規(guī)模生產(chǎn)，市場需求巨大。
國家“863”計劃和信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展基金及時支持了國產(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），通過整機消化吸收，關鍵技術再創(chuàng)新等措施，填補了國內(nèi)空白，使長期制約我國LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展的裝備瓶頸得以突破。隨著國家照明工程的起步，國內(nèi)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?nèi)找嬷匾曋袊@個巨大的市場，但是，這里面也存在著一個隱憂，國外芯片設備高昂的價格，相對制約了國內(nèi)企業(yè)的規(guī)?；a(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(nèi)設備生產(chǎn)商的發(fā)展空間。
二、LED驅(qū)動電源技術發(fā)展趨勢
LED行業(yè)的興起，并不是偶然的，而是在整個科學發(fā)展的條件下，在節(jié)能環(huán)保的號召下，在人類能源日漸緊張的情況下發(fā)展起來的。能源的浪費與消耗，勢必呼喚新節(jié)能產(chǎn)品誕生，即使不是LED也是其它同類產(chǎn)品來取代，所以說LED照明的興起，是有其必然性的。作為LED照明的核心驅(qū)動力，LED驅(qū)動電源的發(fā)展直接影響LED的普及和大眾化。怎么降低LED成本，讓LED照明進入千家萬戶，這是擺在所有LED人面前的一個重要課題，同時也是一次重大的發(fā)展機遇。
未來LED驅(qū)動電源將向何處發(fā)展呢？我們都知道，LED驅(qū)動電源是直接為LED提供驅(qū)動力的，相當于發(fā)動機。LED驅(qū)動電源技術的發(fā)展，對LED相關行業(yè)的發(fā)展是至關重要的。也是具有決定意義的。LED驅(qū)動電源的主要功能是將交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，并同時完成與LED的電壓和電流的匹配。隨著硅集成電路電源電壓的直線下降，LED工作電壓越來越多地處于電源輸出電壓的最佳區(qū)間。恒流恒壓這些技術，將會越來越普遍。
?。?）針對LED的特點開發(fā)一系列恒壓恒流控制電子電路，利用集成電路技術將每顆LED的輸入電流控制在最佳電流值，使得LED能獲得穩(wěn)定的電流，并產(chǎn)生最高的輸出光通量。LED驅(qū)動電源在輸入電壓和環(huán)境溫度等因素發(fā)生變動的情況下最好能控制LED電流的大小。
?。?）LED驅(qū)動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，初級控制IC可以通過控制開關使負載電流回到初始設計值上。
（3）在控制電路電路設計方面，要向集中控制，標準模塊化，系統(tǒng)可擴展性三方面發(fā)展。
（4）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，開發(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芯片價格自年初以來連續(xù)下跌，前7個月平均跌幅超過20%。在LED產(chǎn)業(yè)的上游端，藍寶石襯底在建項目產(chǎn)能達10100萬片/年，而中國當前實際需求量僅為685萬片，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，LED上游廠商產(chǎn)能有些過剩，而中下游應用端市場不如預期好，導致LED產(chǎn)品價格持續(xù)下滑，部分中小LED企業(yè)面臨生存困境。
分析國內(nèi)外產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策，LED照明都毫無疑問代表了未來照明的方向，隨著一系列扶持政策的陸續(xù)出臺，以及技術、觀念的全面革新，LED產(chǎn)業(yè)將在未來三五年開啟爆發(fā)式增長模式。
LED產(chǎn)業(yè)的市場蛋糕究竟有多大？何時才能真正做大？這個是當下LED人最關心的問題。按照“十二五”發(fā)展目標，LED照明將占據(jù)國內(nèi)30%以上的市場份額，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”專項規(guī)劃將于今年9月份出臺，屆時很多疑問都將水落石出。
5000億是個怎樣的概念？翻開資料，去年中國LED應用產(chǎn)值才過1000億元，相當于LED產(chǎn)值在未來三四年增長到去年的四五倍。這是對國家政策和市場形勢雙重分析后得出的結論，實現(xiàn)的可能性非常大。對國內(nèi)LED產(chǎn)業(yè)將形成極大推力，很多企業(yè)將迎來爆發(fā)式增長。
對LED市場的樂觀預期，更多地緣于LED產(chǎn)品的節(jié)能效果。以一盞10瓦LED燈代替60瓦白熾燈為例，每小時可省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)電廠的電量。
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