在過(guò)去大約150年的時(shí)間里，照明行業(yè)已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)基于標準化燈泡的大規模生產(chǎn)行業(yè)，燈泡的設計具有內在的過(guò)時(shí)性。消費者發(fā)現自己經(jīng)常要用相同的新產(chǎn)品來(lái)更換短壽命的在用產(chǎn)品。這種趨勢與一小部分大型制造商密不可分，它們通過(guò)以低成本制造數以?xún)|計的同一種產(chǎn)品來(lái)滿(mǎn)足市場(chǎng)需要。

隨著(zhù)照明行業(yè)向LED技術(shù)的轉型，這種商業(yè)模式是否還能繼續維持其最大利益？而且它是否能利用固態(tài)照明的基本優(yōu)勢？

顯然，LED在能效和工作壽命方面具有非常顯著(zhù)的優(yōu)勢。LED燈泡只需要消耗三分之一的電量，就能提供與傳統的白熾燈和熒光燈幾乎相同的發(fā)光量。與基于更成熟技術(shù)的產(chǎn)品相比，LED燈泡的使用壽命還有望高出20多倍。而且，LED燈泡中的固態(tài)元件較相對脆弱的傳統照明技術(shù)而言，可提供更好的機械損傷保護?？傊?，這些特性可為L(cháng)ED照明產(chǎn)品用戶(hù)提供極具吸引力的投資回報(ROI)，特別是對于維護和燈泡更換比較困難和/或昂貴的商業(yè)和工業(yè)應用。

可能與該項技術(shù)的更長(cháng)工作壽命同樣重要的是，更高的效率和更穩固的設計是LED所具有的架構靈活性。例如，照明設計師可以選擇利用LED燈的點(diǎn)光源，使其圍繞某個(gè)形狀進(jìn)行分布，而不是將光源集中在一起，使用漫射器和遮罩將其分布到需要的地方。這些特性可賦予照明設計師無(wú)限的設計自由，以創(chuàng )新的方式設計光源。產(chǎn)品開(kāi)發(fā)人員可將LED照明產(chǎn)品制作成任意形狀，或將照明燈具嵌入建筑材料、墻壁或家具內。他們可以更準確的定向光源，或者更容易控制其強度或顏色，從而營(yíng)造出動(dòng)態(tài)的照明環(huán)境。有些制造商已經(jīng)開(kāi)發(fā)出窗戶(hù)原型，它們在白天是透明的，通過(guò)巧妙地使用LED和不同折射率的材料，它們會(huì )在夜晚發(fā)光。

照明電器

通過(guò)利用LED更長(cháng)工作壽命的優(yōu)勢以及能夠形成各種創(chuàng )新形狀和尺寸的技術(shù)，設計師可以將照明行業(yè)從大規模生產(chǎn)業(yè)務(wù)轉變?yōu)榇笠幠６ㄖ茦I(yè)務(wù)。這種新行業(yè)不是建立在標準化的、需要頻繁更換的燈泡和燈具基礎之上，它將為產(chǎn)品開(kāi)發(fā)人員提供廣泛的參考設計選擇方案，此類(lèi)設計往往利用LED技術(shù)一種或多種特有的屬性。借助智能化的自動(dòng)設計工具，制造商將能夠快速開(kāi)發(fā)高度定制的照明方案，以滿(mǎn)足每個(gè)客戶(hù)的個(gè)性化需要。在這種照明不再是一次性用品、而是可持續使用十年以上的新型業(yè)務(wù)模式中，富有美感的光源可以嵌入商業(yè)或工業(yè)建筑的墻壁中，或嵌入住宅家具內，并且它們將作為電器進(jìn)行銷(xiāo)售，可以在建筑或住宅裝修改造前一直使用。

為實(shí)現此目標，設計師必須采取系統的設計方法。第一代LED照明系統所出現的過(guò)早故障已證明一點(diǎn)：任何LED照明產(chǎn)品的使用壽命都取決于工作壽命最短的單個(gè)元件。盡管通常的LED電路都能滿(mǎn)足能源之星SSLV1.1L70所規定的約45,000小時(shí)工作壽命的要求，但為該電路供電的普通兩級電源的使壽命周期僅為20,000小時(shí)左右。實(shí)際上，電源設計中的薄弱環(huán)節破壞了LED技術(shù)的長(cháng)使用壽命優(yōu)勢和高ROI。

消除故障點(diǎn)

為什么要這樣做呢？如今的許多LED照明系統都使用典型的兩級電源，這種電源將用于提高功率因數的第一級升壓式轉換器與第二級高壓DC-DC轉換器結合在了一起。這些電源中最常見(jiàn)的故障點(diǎn)是用于在兩級之間進(jìn)行大容量?jì)δ艿碾娊怆娙?。由于需要在滿(mǎn)載下連續工作，并且通常放置于鎮流器的一次成型外殼或燈泡底座等密閉的狹小空間內，加上其中高發(fā)熱量的電源和高亮度LED，這些大容量電解電容必須要耐受?chē)揽岬母邷貤l件。而實(shí)際上，電容介質(zhì)材料的性能會(huì )逐漸降低，器件會(huì )因失去電容容量而導致失效。盡管LED照明方案中的控制器和其他半導體的使用壽命可達到100,000小時(shí)以上，二極管、晶體管和陶瓷電容也具有同樣長(cháng)的使用壽命，但目前照明行業(yè)中大多數兩級電源所采用的電解電容的使用壽命都僅有20,000小時(shí)左右。

鑒于LED技術(shù)存在一項明顯的弱點(diǎn)，以下熱管理問(wèn)題顯得特別重要：雖然使用傳統技術(shù)的燈泡可以紅外線(xiàn)形式耗散過(guò)多的能量，但LED必須將過(guò)多的熱量傳遞到它們的散熱片。這些熱量很容易達到過(guò)高水平，尤其是在照明方案被壓縮到較小的燈泡底座時(shí)。對這些熱問(wèn)題進(jìn)行精心管理在LED設計中尤為重要，因為過(guò)高的環(huán)境溫度不僅會(huì )提高LED結溫，從而影響光輸出，而且還會(huì )縮短LED的工作壽命。

解決此問(wèn)題的一種方法是，在開(kāi)發(fā)LED照明方案時(shí)采用這樣的電源拓撲結構：可以同時(shí)消除隔離反激式設計中脆弱的電解電容和不可靠的光隔離器。新一代的單級功率LED驅動(dòng)器可以通過(guò)消除這些潛在的故障點(diǎn)來(lái)滿(mǎn)足這種需要。通過(guò)將電解電容替換為具有高穩定性的陶瓷電容，這些電源的使用壽命可非常接近LED。此外，通過(guò)在90%以上的頻率下工作，同時(shí)超出能源之星的PF及THD要求，這些高度集成的轉換器可產(chǎn)生更少的熱量，并且在此過(guò)程中有助于簡(jiǎn)化高度緊湊型照明設計的熱管理問(wèn)題。

很顯然，LED技術(shù)在靈活性、能效及使用壽命方面具有獨特的設計優(yōu)勢，同時(shí)為照明制造商提供了徹底改變行業(yè)模式的良好機會(huì )。然而，為使這些優(yōu)勢達到最大化，設計師必須將LED及其電源作為單個(gè)電器進(jìn)行研究和設計。通過(guò)認真考量各個(gè)設計元件對熱量分布的影響以及如何更好地控制環(huán)境條件，照明開(kāi)發(fā)人員可以將其行業(yè)過(guò)渡到一個(gè)新的階段，讓LED解決方案成為樓宇及住宅建筑中真正的有機組成部分。