如何善用感测器技术保证LED照明的环保优势

　　发光二极管（LED）照明正成为产业的首选技术，尤其是在恶劣环境条件的场合，LED解决方案是耐用且从不会完全失效，然其光量确实会随时间而减弱。採用自动调光测量LED光输出，同时调整电源，可有效地在灯泡的整个使用寿命期间保持恆定的光输出。如此可在不同的製作方式下保持稳定的亮度，且大大延长灯泡的使用寿命，本文将阐述如何使用各种感测器技术运作且适用于街道、办公室和工厂的照明的电路範例。

　　系统层级的生态设计须面面俱到

　　就生态设计（Ecodesign）而言，对于特定的应用，延长使用寿命永远是人们所希望的，因为它与生态衝击（Ecological Impact）直接相关。此不像想像的那么容易，因为创新永不停止，新标準和新应用的可能性须被纳入考量，且须要实现新功能。重要的是不要仅执行最低标準，还要建立预载有各种新功能、同时能带来一定弹性的更佳产品。美国太空总署的「火星漫游车（Mars Rover）」就是一个很好的例子，大量的技术支援帮助这项计画的导入，并使计画启动时间大幅提前。

　　除了弹性之外，让LED具有如此长寿命的可能性亦至关重要，对此，有叁类影响须要考虑：快速变化的影响（如接通电流）、缓慢变化的影响（如漂移）及外部影响。

　　对于所有应用而言，导通电流是一种重要的应力。电源中的大型匯流排电容正是有可能造成此种应力的主因。此外，开启电源时的不明确状态可能给应用带来应力。为避免这些状况，应该在整个设计阶段使用失效模式与影响分析（FMEA）来对电路效能进行仔细的分析。在完成的应用设计中，还须要检验导通和关断过程中的电流和温度，在设计阶段，可能因此两点未被注意，结果往往导致在后期造成现场故障。

　　图1显示由导通电流引起的某电源输入桥式整流器的温度变化，此时虽然其他元件处于冷状态，但整流器的温度却明显升高，可能影响产品使用寿命。许多二、叁十年前开发的应用採用能避免漂移所引发故障的电路技术，由于后来使用的众多元件具有较大的公差水平和更大的漂移，所以开发对元件特性依赖较少的电路。为延长一项应用产品的使用寿命，许多这类技术不在现今生态设计的考虑之列，如此便增加电路设计的复杂性，使得元件数目增加。电子线路的环保影响通常低于工作能耗所引起的影响，所延长的使用寿命可弥补增加的复杂性。

　　图1 导通电流引起的电源输入桥式整流器温度变化

　　功率电子是所有应用和产品的一个重要部分，尤其是在生态设计的考虑之中，因为子系统透过效率等特性影响到环保效能，如较低的效率意味着应用产品须採用较大的散热片，从而在生产和应用过程中消耗更多能量，并须使用更多的能量进行运输和回收。因此，建议设计人员能够考虑到最高效率和较大的输入电压範围的运用，以便减少元件的数量，获得最大的灵活性，因为此部分日后无法进行更动，如利用软体修改。

　　在照明应用中，使用LED解决方案是大势所趋。除具有更高的效率之外，LED本身亦具有很长的使用寿命，LED驱动电子装置在设计上应该尽量利用LED的长效使用寿命。图2为此种照明方案的示意图。

　　图2 LED照明方案示意图

　　路灯照明是这类照明方案的一个特殊实例，没有任何其他照明应用结合多元化的要求，如温度、湿度、振动等不断变化的环境因素，以及高效率、高可靠性和低耗电量需求，都在照明解决方案的考虑因素之内，同时亦要考虑大量生产和承受相对应的价格压力。随着灯泡功耗的变化，温度会从-40℃变为85℃，导致温度大幅上升。重点是必须注意到，每个（每日）导通週期会引发一次温度週期，此意味着在系统层面上，5年中灯泡会有接近两千次温度週期，为系统带来很大的应力。

　　由于路灯照明的成本是城镇预算的一个重要部分，人们特别关注高效率的能力，以期帮助降低路灯的运作成本。目标是使用最少的电能来提供街道或人行道所需足够的亮度，这当中还不包括后续的维护成本，若使用寿命较短的灯泡，其维护成本也会更加可观。粗略估计一定人口使用路灯数量的方法，是按照每六个居民一盏路灯的比例来计算，按照这样的比例，德国大约有一千叁百叁十万盏路灯，节能潜力非常惊人。因此，许多城市和社区转而使用这些新型LED照明方案也就不足为奇，部分更换整个灯泡，或者更换灯头。

　　路灯预防性维护至关重要

面对上述种种要求，这样的电源设计相当复杂，但并不是不可能。图3的左侧是输入滤波器和桥式整流器的範例，后面跟着一个特殊的电路，其中回馈电路使用一个边界导通模式（BCM）-功率因数校正（PFC）-控制器。通常，电源週期内开