固態(tài)照明（SSL）技術(shù)宣稱在能效方面取得了重大進(jìn)步，能夠?qū)崿F(xiàn)大幅度的節(jié)能效果。2005年有一篇研究文章《高能效照明技術(shù)》（Energy Efficient Lighting Technology Options）指出，美國每年在照明方面要用掉7650億度的電力。通過提高照明系統(tǒng)的能效，可以在很大程度上改善全國的用電狀況。
最近在波士頓召開的2007年度美國能源部（DOE）SSL能效研討會上，與會者了解到DOE已經(jīng)開始支持SSL照明裝置的推廣工作。目前兩項(xiàng)正在進(jìn)行中的DOE研究項(xiàng)目包括制訂SSL照明裝置的能源之星（Energy Star）計(jì)劃性能目標(biāo)，以及開發(fā)用于驗(yàn)證SSL照明裝置性能的測試程序。這些項(xiàng)目仍處于規(guī)劃起草階段，讀者可以從www.em.avnet.com/lightspeed上下載有關(guān)資料。DOE之所以對SSL技術(shù)如此感興趣，是因?yàn)槠渌彰骷夹g(shù)的能效幾乎都已達(dá)到了極限，而基于LED照明技術(shù)的能效有望在今后10年內(nèi)提高一到兩倍。
能效的數(shù)值表示
自從出現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的白熾燈以來，我們一直根據(jù)光源消耗的功率（瓦特），而不是根據(jù)它們所產(chǎn)生的亮度來標(biāo)定它們的能效。這種方法顯然是不合適的。隨著技術(shù)的進(jìn)步，如果白熾燈繼續(xù)存在，那么白熾燈的包裝標(biāo)識有望采用新的標(biāo)定方法。在照明領(lǐng)域，點(diǎn)光源向各個方向發(fā)出的光的亮度通常用流明來表示。
光源的性能，即能效，可以用它的功率與它所產(chǎn)生的亮度二者的比值來衡量，用流明/瓦（lm/W）來表示。一只普通的Philips 60W磨砂白熾燈能夠產(chǎn)生890流明的亮度，因此該光源的能效就是15.8lm/W。
根據(jù)燈泡封裝類型的不同，照明裝置的實(shí)際性能可能會出現(xiàn)大幅度下降。例如，如果將一個標(biāo)準(zhǔn)白熾燈放在凹進(jìn)式光源中，用一個反光鏡反射光源，那么由于反光鏡的損耗我們最終只能得到50%的照明效率。整個照明裝置的能效就變成了7.5lm/W。
對于其他類型的光源也可以采用類似的計(jì)算方法。但是，對于基于熒光燈、緊湊型熒光燈（CCFL）和LED的照明裝置，我們在計(jì)算時必須考慮鎮(zhèn)流器損耗和隔離直流-交流的恒流控制損耗。表1對比了各種照明光源的能效。接下來，我們來分析基于LED的照明裝置能效計(jì)算方法。
LED燈的能效計(jì)算
我們經(jīng)常能夠看到某些LED制造商聲稱又進(jìn)一步提高了LED照明光源的lm/W性能。DOE制訂的研究計(jì)劃是將商用照明領(lǐng)域的SSL光源效率從當(dāng)前的30lm/W提高到150lm/W以上。
根據(jù)當(dāng)前SSL凹進(jìn)式照明裝置的能源之星計(jì)劃草案，我們可以計(jì)算出利用現(xiàn)有的元件構(gòu)成的SLL照明裝置的總體能效。對于孔徑略大于4英寸、相關(guān)色溫（CCT）為3000K的照明裝置，它的最小亮度為500lm，最小光源效率為35lm/W。
我們使用一種常見的暖白色LED燈作為照明光源的基本例子。該LED的額定指標(biāo)為3000K CCT、350mA、3.8V的最大正向壓降。LED燈是按照亮度進(jìn)行分類標(biāo)識的，我們在這里選擇最小60lm@350mA的一部分。在測試條件下，LED結(jié)溫為25℃，電流脈沖作用時間為25ms。在實(shí)際工作過程中，LED的結(jié)溫將會根據(jù)照明器材的熱設(shè)計(jì)效果上升到某個穩(wěn)定值。對于任何LED而言，隨著溫度的上升，其產(chǎn)生的亮度就會下降。相比測試值，工作在60℃下的LED的亮度將會降低10%。這就意味著在穩(wěn)定工作狀態(tài)下LED實(shí)際產(chǎn)生的亮度大小為54lm。
要想獲得所需的照明亮度，我們至少需要10個這樣大小的LED，這里我們采用5個LED兩排并列的方式來實(shí)現(xiàn)。利用Light Tech公司的LED-18W直流700mA恒流源驅(qū)動器就能夠驅(qū)動兩排350mA的LED。它的能效為80%，可以產(chǎn)生24V的輸出電壓。
通過計(jì)算，10個工作在350mA、3.8V下的LED總功耗為13.3W。因此，該光源的能效就等于54lm×10（即540lm）除以總功耗，得41.5lm/W。
如果將驅(qū)動器的能效考慮在內(nèi)，那么可以計(jì)算出最差情況下的能效為33.2lm/W。這一結(jié)果能夠滿足當(dāng)前能源之星計(jì)劃的要求，接近于反射式CCFL照明燈的性能，但是仍然比白熾燈性能的四倍還要高。
千差萬別的LED
這個例子使用了一種亮度為60lm、電流為350mA、CCT值為3000K的暖色溫LED。已有多個LED廠商宣布推出了性能超過100lm@350mA的照明裝置。這些LED是冷白色的LED，CCT值為6500K，其中使用了多種混合熒光劑產(chǎn)生白色的光。
冷白色LED的性能在過去兩年內(nèi)已經(jīng)提高了一倍。如果暖白色LED的能效也有類似的性能提升，那么不久的將來我們就能夠看到具有80lm/W的暖白色LED。
在上述例子中，隔離型驅(qū)動器的選擇對于提高整個照明裝置的能效也發(fā)揮了重要作用。目前這是一個價(jià)格和性能二者之間的權(quán)衡選擇問題。線性驅(qū)動器的價(jià)格是最低的，但是其能效處于50%～60%的范圍之間。
開關(guān)式驅(qū)動器的能效是最高的，一般在80%～85%之間。要想實(shí)現(xiàn)更高的能效，就需要更復(fù)雜的電路，因此驅(qū)動器的成本也就更高。
圖1 首爾半導(dǎo)體公司的AN2212在4W、3000K色溫下能夠產(chǎn)生120lm的亮度
另外一個LED的實(shí)例是首爾半導(dǎo)體公司(www.zled.com)的Acriche EcoLight。這種LED不需要隔離功率轉(zhuǎn)換電路。如圖1所示的是AN2212，它在3000K色溫下能夠產(chǎn)生120lm的亮度、4W的功率，能效為30lm/W。單個AN2214的功率為2W，在3000K CCT下能夠產(chǎn)生65lm的亮度。在忽略熱損耗的情況下，這種器件的光源效率為 32.5lm/W，其關(guān)鍵技術(shù)是在一個管芯上集成大量的發(fā)光單元，壽命可達(dá)30000小時。
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