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【摘 要】LED技术的发展进步,特别是白光LED的研制成功,使得LED照明进入日常照明市场成为一种可能.LED照明具有发光效率高,使用寿命长,体积小,低污染等优点,随着科学技术的提高和国家“绿色照明”政策的实施,LED照明器件的成本不断降低,将来一定会取代白炽灯、日光灯等传统照明灯具,成为照明市场的主流.
【关 键 词】白光LEDLED照明电路结构能效分析
1LED照明技术简介
LED即发光二极管,是一种半导体发光器件.自20世纪60年代,红色LED研制成功以后,LED发光技术经过近半个世纪的发展,科研人员解决了白光LED的发光技术问题.白光LED发光原理主要有两种,一种是由460nm的蓝光和555nm的黄光二原色混合形成白光；另一种是由红绿蓝三原色混合形成白光.技术实现上有单芯片和多芯片.
随着白光LED研究技术的不断进步,通过调整各原色混合比例,可以获得3500K至10000K色温的白光来满足不同场所的照明需求,使得LED照明进入日常照明成为一种可能.
LED具有发光效率高,使用寿命长,体积小,低污染等优点.现阶段LED照明器件成本比较高,相信随着LED研究水平和生产技术的改进提高,LED照明器件成本将越来越低,未来一定会取代白炽灯、日光灯等传统照明灯具,成为照明市场的主流.
2LED照明电路结构设计分析
LED照明器件核心是PN结,工作电压通常在3-4.5V之间,由于PN结是电流型器件,具有负温度系数,因此LED照明器件的供电电路需要满足低电压和恒流输出,通过对其工作电压和电流进行控制调整,防止温度升高后电流变大烧毁LED照明器件.精确控制LED工作电压电流,使得LED照明器件工作在设计典型状态（最佳状态）,保持较高的发光效率,可有效提高能源利用率,节约能源.
下面就几种LED照明电路结构做简单介绍.
2.1AC-DC照明电路
我国照明用电是220V交流电,而LED照明器件一般使用低压直流电压供电,因此必须经过转换才能给LED供电,通常使用效率较高的开关电源作为AC-DC转换部件.日常照明的灯具更换和升级改造多使用这种方式.小功率灯具可以将开关电源集成在LED照明灯具内,直接替换原有灯具即可,安装方便,性能可靠.大功率灯具的电路转换部分可以与LED照明器件分体安装,方便散热,提高使用寿命.其典型电路结构如（图1）.
2.2DC-DC照明电路
DC-DC照明电路多见于太阳能-LED照明系统.常用在新建照明系统或照明系统的升级改造.太阳能电池的技术进步使太阳能转换效率不断提高,利用太阳能驱动LED实现日常照明可以有效节约不可再生能源,是“绿色照明”的发展方向.虽然太阳能电池的输出电压是直流电压,但会随着阳光照射角度和强度的变化输出电压发生改变,需要对太阳能电池的输出进行转换调整,使之满足LED照明供电条件.典型DC-DC电路结构如（图2）.
2.3LED照明的电流控制电路
由于LED是非线性器件,具有负温度系数,随着温度升高,工作电流不断增大,如果不控制工作电流,会烧毁LED器件.在LED照明电路中必须采取措施对电流进行控制调整.通常采取串联分压电阻形式对电流进行控制调整,成本低,结构简单,调整精度不高.在要求较高的照明电路中可采取恒流源供电,对LED工作电流精确调整,成本较高,电路复杂.
本文仅讨论串联电阻分压电路的计算和控制过程（如图3）.
（1）电阻R的确定.
电阻R的值由电源电压、LED典型工作电压和LED的典型工作电流确定.
R等于（V电源-VLED）/ILED
（2）电流控制过程分析.
LED导通后随着PN结温度升高,流过LED的电流增大,电阻R分压（VR等于ILED*R）增大,电源电压（V电源）不变,使LED两端电压（VLED等于V电源-VR）降低,流过LED的电流降低,从而基本保持LED工作电流不变.
2.4LED在照明电路中的联接方式
LED的连接方式有并联方式,串联方式和混联方式.由于单个LED器件导通电压很低,全部采取并联方式将照明LED器件与直流电源相连,实际应用中会产生较大工作电流,线路损耗较大,降低能源使用效率.串联方式联接LED器件可以解决并联方式的缺陷,但会要求驱动电压较高,并且会因为单只LED断路损坏影响整个回路的LED工作,造成照明故障.混联方式可有效解决并联和串联的问题,常见的有先串后并和先并后串方式,是LED器件的常用联接方式.（图4、5）为3串3并混联和3并3串混联电路示意图.
（1）先串后并混联方式：此种方式能保证每串中的LED工作电流相同,光强亮度一致性好.多只串联的LED之间还互相起到限流调整作用,LED工作电流保持稳定.缺点是单只LED损坏会造成本串整体不发光.
（2）先并后串混联方式：此种方式对LED发光器件参数一致性要求较高,不然会因并联的LED工作电流不同形成LED亮度不一致；单只LED损坏也会因电流分流路数不同造成LED亮度不一致.为防止PN结负温度系数效应烧毁并联的LED,宜在每个LED中串联一个限流电阻.
3LED照明能效分析
普通白炽灯光源效率只有8-24lm/w,现在普遍使用的日光灯光源效率也只有50-80lm/w,而现阶段LED光源效率可达到100-200lm/w.通过比较可以发现LED照明比白炽灯减少能耗90%左右,比日光灯减少能耗50-60%,LED还具有寿命长、体积小、无污染、响应速度快、可控性高等诸多优点.以LED照明代替传统照明,实现“绿色照明”,是大势所趋,是照明市场的发展方向.
4国家政策,市场前景
按照国家“中国绿色照明工程”发展计划安排,白炽灯将于2016年基本退出市场,日光灯因含有汞等剧毒物质不符合现代环保理念,也必将被市场慢慢淘汰.科学技术的发展没有止境,LED照明灯具必将随着科学技术的不断发展,解决LED器件显色性、光谱离散、大功率器件散热等问题,市场单位成本逐步降低,成为照明市场的主流.