高亮度LED户外照明新潮及其驱动器技术

1前言
当今面世的新技术高亮度(HB)白光LED使LED能够达到1W的水平。由于效率方面的明显改进，HB-LED正被迅速用于多种照明应用：交通信号灯、平面显示设备的背景照明装置、闪光灯与家庭照明。而对汽车应用来说，LED亦有极大的吸引力，长寿命、抗震、高效、对光源良好的控制能力都是它的优势。从节能的角度来讲，尤其是户外照明技术中更为突显，并且在照明实业化上发展很广。据此,本文将对高亮度白光LED在取代金卤荧光灯、超大屏幕和太阳能lED路灯及大功率LED在城市照明等方面的新潮应用作分析。
在此，首先分析究竟是什么原因引起高功率LED如此红火。以下几个因素可能是使人们对此颇受青睐的原因。
⑴　在提高能源效率上大有作为
高功率LED极为节约能源，而且与比其它技术相比，LED每W电发出更高的亮度。例如普通高功率LED每W可以提供80lm，而节能灯(CFL)可以提供每W70lm，普通白炽灯每W只能提供15lm。特殊高功率LED耗能在1W到1OW之间。与40W的低功率家用灯泡和60W的普通白炽灯耗能相比，它的耗能是相当低的。
⑵　LED光源的技术日趋成熟
每W发光lm迅速增长，高功率LED的光输出已经实现了具有重要里程碑意义的100lm／W，有的制造商甚至声称其LED的光输出达到了120lm／W。这意味着，就能量效率而言，LED如今已经超越了节能灯CFL。预测，到2012年，LED的光输出将达到150lm／W。
⑶　更好的照明效果是众望所归
通常显色的强度是从1到100，当LED显色的强度到达100时，LED与阳光在视觉光谱上完全一样。好的显色指数(CRI)通常都是在90以上，而许多节能灯泡的显色指数在75到90之间，白炽灯的CRI可以达到100。但LED的CRI现在达到90或90以上。正是因为技术的进步，不论是白色还是彩色高功率LED的显色指数都很高，大大提高了高功率LED亮度的品质。反之，若显色指数下降到低于80的时候，在这种光下看到东西的颜色与真实的颜色不一致甚至有很大差距。既然高功率LED如此火爆，为此将对其在新潮的户外照明实业化应用上作例举说明。
2高功率LED在照明实业化上的应用例举
2.1取代传统的金卤荧光灯及其在超大屏幕等方面的应用
⑴在太阳能街道照明系统的光源方面的应用
LED正在取代传统的荧光灯和高强度气体放电灯(HID)。HID包括金属卤化物灯(简称“金卤灯”)、高/低压钠灯和水银蒸气灯等多种类型，其中凭借着相对较高的发光效率，金属卤化物灯应用得更为普遍。如今，随着LED性能的快速提升，它在替代金卤灯方面显示出了更大潜力，要提供同等的光输出，所使用的LED数量将会更少，从而提供LED的经济适用性。以100W金卤灯为例，其平均光输出流明数为3500lm，所以LED将具有越来越大的经济适用优势。为了适应LED在性能上快速提升的趋势，必须采用如模块化等设计技术。所谓模块化设计技术是在光输出等方面性能的持续提升，要提供相同的总光能输出，就可以使用更少的LED光条，从而降低需要使用的LED的成本。图1为LED模块化途径替代卤灯光源示意图。

图1LED模块化途径替代卤灯光源示意图
⑵LED模块化在超大屏幕上的应用
如今在霓虹灯行业有很多高功率LED的应用方案。除显示墙图片外，还有超大屏幕（见图2所示）、应急照明、出口处照明、广告牌、装饰或者建筑照明。

图2高功率LED作为超大屏幕的应用示意图
2.2太阳能LED路灯应用与实现技术
与现有的白炽灯、荧光灯、节能灯、和高压钠灯相比，LED光源具有6大明显的优点，包括：使用寿命长(使用寿命可达5万到10万小时，比传统光源寿命长10倍以上)、节能省电(比相同照明效果传统光源节能80％以上)、应用简单方便、使用成本低、坚固和环保(无辐射，废弃物可回收，不含汞元素)，因而使得它在当今讲究节能环保的经济形势下成为了一个非常吸引人的选择。正因为如此，它为太阳能照明的应用拓宽了又一渠道：即把太阳能照明最佳的实现方法是和发光器件结合在一起，以构成独立的照明装置。目前，最有前景的是太阳能LED路灯的经济价值最高，因为普通的路灯需要铺设很长的输电线路，而且随着距离的增加，电压会逐渐降低，经过一定距离还要用变压器升压。其电源线路的铺设要投入很高的费用。而太阳能路灯则不然，因为每一根路灯杆都是独立的，不需要铺设输电线路，这就大大降低了架设的费用，而且LED的发光效率远高于白织灯。
⑴太阳能路灯的构成
不管是那一种太阳能路灯，都是由5个部分组成：太阳能电池、蓄电池、控制装置、LED、LED的驱动芯片。通常太阳能电池板挂在高杆上，充放电控制器和铅蓄电池放在地面的控制箱内，驱动芯片和LED都装在灯头里。其示意图如图3所示。

图3太阳能路灯的构成示意框图
但是由于充放电控制器只能对蓄电池的充放电过程的控制和定时(或光控)向LED供电，并不能稳定其输出电压。这就是太阳能灯具所面临的重要挑战，如何应对是问题的关键，需要解决LED恒流驱动问题。