电力照明历经多年发展,如今仍在不断完善中,正在变得更加智能化。照明技术大致分为四种类型的照明:白炽灯、荧光灯、卤素灯、LED(发光二极管)。每种灯的发光技术不同,制造方式也各不相同。这四种技术中,LED 是最受欢迎的人工照明形式,对现代社会至关重要。当然还有其他照明技术,但不太常用,比如使用氖、氩、等离子、油、碳、碳化物、金属卤化物、钠蒸气和氙的照明技术。

按照照明灯具的样式,传统上照明被分为两种类型:普通灯和 LED 灯。灯是一种由电力产生光线的可更换部件,可以是白炽灯、荧光灯或卤素灯。LED 照明在以前并未引起人们重视,但随着 LED 照明技术的快速发展,LED 获得了前所未有的机会。如今,LED 还被封装成阵列形式和各种其他配置,制造出形状新颖的照明灯,并且比传统照明技术具有更广泛的应用范围。

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高亮 LED (HBLED)

高亮 LED 是新一代 LED,对于室内和室外照明、建筑照明、投影显示、显示屏背光、标牌和汽车等照明应用具有足够的亮度。顾名思义,这些高亮 LED 具有比标准 LED 更高的亮度。使用高亮 LED 的主要原因之一,是其效率优于其他类型的灯具。HBLED 的发光效率(流明/瓦)比其他类型的灯更胜一筹

高亮 LED 的发光强度超过 50 流明(1 坎德拉= 12.75 流明)。不应该将其与高功率 LED 混淆。虽然它们可能完全相同,但是高功率是指功耗而非光输出。通常认为高功率 LED 的功耗超过 1 瓦。

HBLED 灯节能、环保、功耗低,比普通的紧凑型荧光灯和白炽灯泡更持久耐用。高亮 LED 相比标准 LED 具有许多优点,比如更明亮、寿命长、成本低、RoHS 制造兼容性。精密设计的光学元件、多种分布方式、出色的流明输出和色温,使得 HBLED 特别适合工业、商业、制造领域、体育馆和其他利用传统 HID 和线性荧光高景灯的照明应用。

高亮 LED 需要明显更高的 350 mA 正向电流,高于微控制器 I/O 所能供应的电流。一种解决方案是直接利用主电源为 LED 供电,并添加一个与 LED 串联的 MOSFET 来控制亮度。第二种方法是使用数字信号控制器,它具有多项功能,可以精确控制高亮 LED。这些功能包括采样率高达 400万的高速 10 位模数转换器、灵活的高速 PWM、具有 20 纳秒快速响应的高速模拟比较器、运行速度为 40 MIPS 的灵活时钟方案。

人工照明基于以下部件组成的系统:灯、镇流器、起动器、灯具和控制器。放电灯需要安装镇流器以将灯连接到市电电源。灯、镇流器、起动器及其配线和灯座安装在灯具内,反射器对灯发出的光线进行分配和变向,遮板为使用者遮挡眩光。镇流器为灯提供受控电流,是所有放电照明系统的必要组件。符合 CELMA A1 和 A2 级能效方案的电子镇流器是主要的节能器件。

选择适用的照明灯时,应考虑以下因素:发光效率、灯寿命、灯光质量、周围环境的影响、灯具、购买和使用成本。

照明灯类型包括:白炽灯、卤钨灯、荧光灯、紧凑型荧光灯、高强度放电灯、汞灯、金属卤化物灯、高压钠灯、无电极灯。在过去的一个世纪中,每种灯在材料、设计、轻质、能源效率和制造效率方面均经历了稳步小幅改进。

白炽灯也称为“一般照明用灯”(GLS),它通过引导电流经过钨丝产生光。白炽灯中钨丝的工作温度约为 2700 K。因此所发出的主要光线位于红外区域。

卤钨灯衍生自白炽灯。在灯泡内部,卤素气体限制灯丝的蒸发,并通过所谓的“卤素循环”将蒸发的钨重新沉积回灯丝。

荧光灯是一种低压气体放电光源,主要是由汞放电产生的紫外线激发荧光粉来发光。荧光灯的性能对环境温度敏感。

CFL 是荧光灯的紧凑类型。其总长度变短,管状放电管通常折叠成两指到六指大小,或呈螺旋状。为了直接替换钨丝灯,这种紧凑灯配有内部镇流器和螺口型或卡口型灯头。

在汞灯中,电流流经汞蒸气产生光。汞蒸汽在约 2 bar 的压力下进行电弧放电,发出五种可见波长为 404.7nm、435.8nm、546.1nm、577nm 和 579nm 的强谱线。

LED 驱动器

凭借现代高效的半导体复合材料和结构,LED 进入了照明领域。固态照明 (SSL) 为最终用户提供了全新的照明方式和优势。通过使用合适的驱动器、控制策略和 LED,光线可以实现完全的定性和定量控制。LED 驱动器是将 120/220/277 V 线电压电源转换为 LED 所需低电压的低压器件,还可以按照控制信号对 LED 灯调光。LED 驱动器使用恒定电流或恒定电压。这两种驱动器不可互换,LED 负载的设计决定着哪种驱动器适用。LED 灯和 LED 灯具均需要 LED 驱动器。

有两种方法可以控制 LED 的亮度。第一种方法是使用模拟调光,通过改变 LED 的正向电流来调节亮度。第二种方法使用数字调光技术,通过短时间内打开和关闭正向电流来调光。人眼将这些打开和关闭总时间进行平均化,获得可感知的亮度。

驱动 LED 的最便宜和最基本的方法是使用恒压电源并利用与 LED 串联的电阻来限制 LED 电流。所选电阻取决于电压源 (VIN) 幅度、LED 正向电压值和 LED 正向电流。

线性电源 (LPS) 是一种经济、简单和可靠的 LED 驱动方式。LPS 基于集成电路 (IC) 线性稳压器,或基于在线性区域工作的双极结型晶体管或场效应晶体管。开关式电源 (SMPS) 避免了线性电源的主要缺点,因此是驱动 LED 的主要解决方案。由于 LED 是直流组件,因此只考虑 DC/DC 和 AC/DC SMPS 类型电源。与线性电源相比,高效率、可控性、体积小和重量轻是其主要优点。如果需要,SMPS 电源可以在极低电压下提供高电流(例如超过 30A)。

如何选择最适合驱动 LED 的拓扑,取决于相关的标准、规格和应用要求,例如工作环境条件、系统输入电压、LED 正向电压、LED 数量和电路阵列。

智能驱动器通常基于 ASIC 开关式微控制器,其中包括可编程闪存 (EEPROM)、多个片上脉宽调制 (PWM) 控制器、ADC(模数转换器)和 DAC(数模转换器)通道。基于微控制器的 LED 驱动器为系统带来了额外好处,例如操作灵活性、高效率、可靠性、可控性和智能性。

LED 灯条和灯带

LED 灯带是一种装有 LED 的柔性电路板,可以贴装在几乎任何地方,为您添加各种颜色和亮度的强大照明。在世界各地的现代照明设计中,柔性 LED 灯带的使用正在迅速增加。建筑师和照明设计师正越来越多地在住宅、商业和工业项目中使用 LED 灯带。这要归功于灯带在照明效率、颜色选择、亮度和易安装性方面的不断提升。市场上推出了许多 LED 灯带(也称为 LED 带状灯或条形灯),比如直流 LED 柔性灯带、交流 LED 柔性灯带和高功率 LED 灯带。

LED 柔性灯带可产生令人难以置信的发光量,可用于工作照明、背光照明、桌面照明、车库照明,也适用于重点照明、橱柜照明、酒吧照明、制冷应用、工业应用、摄影等。还有被称为 RGB 灯带的变色灯带。这些 LED 灯可以显示任何红绿蓝的组合颜色。这些灯带需要一个控制器来更改闪烁的颜色或保持一个选定的纯色。

购买 LED 灯带时,不仅要注意灯带的长度,还要留意上面的 LED 数量。理想情况下,您应该选择每英尺 LED 数量最多的灯带。确保注意灯带单位长度的流明和单位长度 LED 数量,因为这对照明质量和发光类型具有强烈影响。在选择电源时,首先要了解您的 LED 灯带需要什么输入电压。比如交流还是直流,12V 还是 24V......只有确保知道灯带需要什么电压,才能获得合适的电源。然后确保电源的功率比 LED 灯带的功耗高出至少 10%。

LED 灯带采用每卷/每筒 5 m 或 16'5" 的包装。在柔性电路板上“拾放”LED 和电阻器的机器通常长 3'2",因此单段的灯带会被焊接成一整卷。

LED(发光二极管)

发光二极管 (LED) 是在电流通过时发出可见光的半导体器件。光线不是特别明亮,但在大多数 LED 中,它是单色光,具有单一波长。

LED 半导体元件的材料决定着其发光颜色。目前照明系统使用的两种主要 LED 材料是磷化铝铟镓(AlGaInP 或 AlInGaP)合金(用于红光、橙光和黄光 LED)和氮化铟镓 (InGaN) 合金(绿光、蓝光和白光 LED)。这些合金成分的微小变化便会改变发射光的颜色。LED 的输出范围可以从红色(波长约 700 纳米)到蓝紫色(约 400 纳米)。有些 LED 发出红外 (IR) 能量(830 纳米或更长),这种器件称为红外发射二极管(IRED)。

与照明应用的大多数典型光源相比,LED 的光输出仍然相对较低,因此仍将继续封装成阵列和其他配置以用于照明用途。目前,单个白光 LED 封装达到近 100 流明。当然,光输出随波长而变化。LED 具有重要价值,因其具有高效率和低能耗,它们正在开始取代大多数传统光源。LED 可安装至普通照明的灯泡和灯具中使用。LED 因为体积紧凑而具有独特的设计优势。一些 LED 灯泡解决方案可能在外形方面类似于用户熟悉的灯泡,因而可以更好地匹配传统灯泡的外观。

LED 在制造形状新颖的照明灯方面拥有巨大优势,并且比传统照明技术具有更广泛的应用范围。LED 使用散热片来吸收 LED 产生的热量,并将其散发到周围环境中。这可以防止 LED 过热并烧坏。热管理通常是 LED 在其整个寿命期间确保成功运行的唯一最重要因素。LED 工作温度越高,光线退化越快,使用寿命越短。

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