低碳經濟下LED的應用及技術

陳長鋒

上饒幼兒師范高等專科學校，江西 上饒 334000

0 引言

當前，各國家各領域都面臨著能源資源愈加短缺的困境，紛紛在尋求新的發展方向，我國也提出了建設資源節約與環境友好型社會的戰略。在電力行業，隨著科學技術的迅速發展，LED進入大眾視野。LED具有較好的照明效果與較高的節能性能，故而將其應用到具體照明之中，既滿足了大眾的照明需求，也符合當下我國低碳經濟發展的需要。

1 LED概述

1.1 LED的原理和特點

LED也就是半導體發光二極管，屬于一種固態的半導體器件，能夠直接把電能轉化為光能，其主要構成部分為PN結芯片與電極等。其中，發光二極管的關鍵構件為P型半導體與N型半導體，兩種構件之間形成一個過渡層。對于部分半導體材料而言，把載流子注入其中后，這些材料中所具有的載流子會與新注入的載流子相融合，從而釋放出多余的能量，產生更多的光能。反向電壓往往會影響PN結芯片，阻止載流子進入半導體之中，從而抑制發光的功能。這種注入式方式能夠把電能直接轉化成光能，在今后的照明技術發展中，人們必然會更加深入地研究固體照明技術[1]。LED現已在照明領域得到普及，并發揮著很大的作用，既具備非常高的發光效率，也有著占地面積相對較少、使用年限較長的特點，還具備節能環保的效果。

1.2 LED的優勢

在室內照明中，人們常常選用熒光燈、白熾燈、金鹵燈等傳統燈具，然而這些燈具的光源有比較大的耗電量，且存在很大的熱輻射，在顏色和控制方式上均較為單一，主要適用于簡單的場所照明中，并不能應用到一些比較特殊的場所。LED不僅具有節能環保的優勢，還在功能性照明領域發揮很大的作用，主要包括以下幾點：

（1）可實現低壓供電和恒流驅動，可靠性與穩定性較高[2]；

（2）燈具結構牢固，具備較好的抗沖擊性能；

（3）可控性能非常好，可以實現迅速響應，無頻閃，且具有多種顏色；

（4）封裝形式比較豐富，能夠滿足復雜照明要求，如面式、點式、線式等，甚至特殊造型燈具也可以滿足要求。

可見，與傳統照明燈具相比，LED具有非常顯著的優勢。據相關調查數據顯示，相較于傳統照明燈具，LED的耗電量更低，能節省70%左右，且LED的使用壽命明顯更長，盡管前期投入成本較高，但是后期的節能效果能夠很快地彌補這一缺陷，從而節省成本，呈現出良好的應用與發展前景。

2 低碳經濟下LED的應用特點

2.1 定向發射光的實現

LED最為關鍵的特征為定向發射光的實現。因為功率型的LED中設置了反射器，相較于其他燈具反射器而言，LED中的反射器效率更高。在應用LED的過程中，需要注重對其發射光特點的充分利用，保障燈具中的LED直接把光線射到所需照明位置，再通過反射器實現輔助配光，從而獲得預期綜合配光的效果。只有LED燈具具備三次配光基本功能，方可讓道路燈具獲得預期效果。基于燈具自身角度，能夠結合燈具高度與路面寬度，合理設計所有LED的安裝位置與反射光方向，進而實現二次配光。燈具反射器作為一種輔助手段，可達到三次配光的目的，確保道路照度的有效性與均勻性。

在具體的應用設計中，需要先明確投射方向，然后通過球形萬向節在燈具上實現LED的固定，若燈具高度與照射寬度存在一定的差異，必須合理調整萬向節，從而確保全部LED的具體照射方向符合相關規范要求。在明確LED實際功率與光束輸出角度時，因為光強與照度距離的二次方呈反比，所以需要先對各種光束輸出角度相關的功率進行合理計算，然后合理調整LED實際功率大小，以此來保證LED光輸出符合規范要求。上述調整方式都是LED燈具所特有的，在具體應用中發揮這些優勢，既能夠確保照度與均勻性，也能夠減小功率密度，以此獲得良好的節能效果。

2.2 恒流驅動電源的實現

LED燈具的電源主要是恒流驅動電源，可有效保證系統的正常穩定運行，但若開關電源方案非常簡單，則往往會在一定程度上損害LED器件。為有效保障LED的安全性，驅動電路必須做到恒流輸出，因為LED在正向運行時結電壓無較大的改變，所以只有驅動電流保持恒定，才能夠確保輸出功率實現恒定。LED恒流供電如圖1所示，通過LM317恒流驅動器能夠對線路中的電流做出調整控制，使之隨LED數量發生變化，從而使電流保持恒定。

圖1 LED恒流供電

針對現階段電源電壓供應穩定性較差的情況，只有借助驅動電流的恒流輸出，才能保障光輸出保持恒定，將LED的功率運行狀態控制在合理范圍之內。要想讓驅動電流保持恒流特性，由輸出端逐漸向內看，需輸出很高的內阻抗。在運行時，負載電流需要借助此輸出內阻抗，如果驅動電路的構成部分是降壓和整流濾波后加直流恒流源電路，那么勢必消耗一定的有功功率，故而這一電路在使輸出保持恒流的情況下，無法獲得較高的效率。

針對上述情況，相關人員應結合有源電子開關電路進行設計，或是選擇具有較高頻率的電流來驅動LED，通過這兩種方式能夠確保電力一直處于恒流輸出狀態，獲得預期的轉換效率。傳統燈具主要是基于HID光源，選用觸發器和電感鎮流器，這一模式的能效很低，且在實際應用中容易發生頻閃等問題。LED燈具中設置了電子驅動電路，其在室外使用時很容易受到雷電感應的干擾。閃光發射是一種無線電波，供電線路通常采用架空線路或是無線，若兩根電源線同時接受一樣的電波，那么在驅動電路方面會出現共模干擾，這就極易擊穿電路中的電容，或是在很大程度上縮小電氣間隙，從而破壞驅動電路。針對這一問題，可將壓敏電阻安裝到輸入端，即可獲得泄放干擾電壓；對于因閃電引發的多種干擾，若干擾電壓過高，會導致壓敏電阻在泄放過程中出現很大的電流，因而應采用具有良好響應能力的壓敏電阻，并做好EMI防護，形成一個復合式LC網絡，從而有效避免泄露，并在極大程度上抑制閃電干擾信號[3]。

3 低碳經濟下LED技術

3.1 產品多元化與系列化

在以往的照明中大多采用傳統燈具，且主要應用于室內照明。當前室內照明所采用的多為LED，常見的燈具產品為LED吊燈、LED杯燈、LED射燈等，可以發現燈具產品呈現系列化的特點。同時，LED選擇通用標準燈頭，該燈頭涉及E、GU、MR標準連接燈頭組件，可以直接引入交流電。相較于以往的照明燈具，LED具有很好的適應性，能更好地取代以往的照明設備，具有較大的市場潛力。

3.2 產品集成化與智能化

針對LED的具體應用，可選擇最新的封裝工藝，即共晶焊，既可以有效提高該照明工具的散熱效果，獲得更長的使用壽命，還能夠進一步豐富其燈具結構設計與造型設計，大幅度提升其美觀度。同時，LED具有很高的可控性，在今后的發展中可通過對微電子技術、智能控制技術的應用，促使照明設備具備更高的智能化管理水平。

3.3 透鏡與燈罩設計一體化

LED光源具備很強的方向性特征與很高的可控性，能夠借助科學合理的光學處理技術，在極大程度上提高該照明工具的光通量。LED光源能夠由點光源發展成面光源，以此在極大程度上增加發光面，滿足功能照明要求，從而有效緩解人們的視覺疲勞。此外，透鏡兼具聚光與防護效果，可防止光的重復浪費，使燈具光照條件具備更好的美觀性，節省應用成本[4]。

3.4 LED散熱高效化

在LED的具體應用中，由于該節能燈中的大部分電能轉變成了熱能，會升高節能燈的溫度，一旦溫度達到一定限值后，就會引發LED燈具光衰問題，久而久之，會縮短燈具的使用壽命，降低其可靠性。針對這一情況，相關人員需要進一步優化LED，注重提高其散熱性能，也就是需要選擇更加適宜的導熱材料，全面考慮燈具的整體散熱片外表熱交換形式，通過將散熱翅片安裝到燈具四周來增加燈具散熱面積，并在其殼體外表面安裝散熱孔，為燈具提供散熱通道，形成開放的結構形式，從而有效提升燈具散熱效果[5]。

3.5 產品人性化與藝術化

科學技術的迅速發展推動著LED照明的創新和變革，人們開始注重各種光色和亮度對用戶身心造成的影響。通常很多人更加喜歡暖色光源或是黃色光源，借助三基色LED，能夠讓燈具的顏色、灰度及亮度發生不間斷的調節變化，呈現出豐富絢麗的光源色彩。同時，LED將朝著小體積方向發展，更高效地控制光線，燈具外觀設計也將更加豐富多樣，從而具備更好的美觀性。

4 結束語

綜上所述，近年來LED在各領域得到了廣泛應用，并有著顯著的應用效果。有效應用LED不僅能實現照明等基本功能，還能夠避免不必要的能源浪費，降低成本，符合我國節能減排的發展要求。同時，為了獲得更優的效果，相關人員需要高度重視LED的優化設計和應用，不斷提高其可控性、美觀性等，從而促進我國照明領域的良好發展。