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固态照明的能效问题

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作者:时间:2008-01-10来源:电子元器件网收藏

  (SSL)技术宣称在能效方面取得了重大进步,能够实现大幅度的节能效果。2005年有一篇研究文章《高能效照明技术》(Energy Efficient Lighting Technology Options)指出,美国每年在照明方面要用掉7650亿度的电力。通过提高照明系统的能效,可以在很大程度上改善全国的用电状况。

  最近在波士顿召开的2007年度美国能源部(DOE)SSL能效研讨会上,与会者了解到DOE已经开始支持SSL照明装置的推广工作。目前两项正在进行中的DOE研究项目包括制订SSL照明装置的能源之星(Energy Star)计划性能目标,以及开发用于验证SSL照明装置性能的测试程序。这些项目仍处于规划起草阶段,读者可以从 www.em.avnet.com/lightspeed上下载有关资料。DOE之所以对SSL技术如此感兴趣,是因为其他照明技术的能效几乎都已达到了极限,而基于LED照明技术的能效有望在今后10年内提高一到两倍。

  能效的数值表示

  自从出现标准的白炽灯以来,我们一直根据光源消耗的功率(瓦特),而不是根据它们所产生的亮度来标定它们的能效。这种

  方法显然是不合适的。随着技术的进步,如果白炽灯继续存在,那么白炽灯的包装标识有望采用新的标定方法。在照明领域,点光源向各个方向发出的光的亮度通常用流明来表示。

  光源的性能,即能效,可以用它的功率与它所产生的亮度二者的比值来衡量,用流明/瓦(lm/W)来表示。一只普通的Philips 60W磨砂白炽灯能够产生890流明的亮度,因此该光源的能效就是15.8lm/W。

  根据灯泡封装类型的不同,照明装置的实际性能可能会出现大幅度下降。例如,如果将一个标准白炽灯放在凹进式光源中,用一个反光镜反射光源,那么由于反光镜的损耗我们最终只能得到50%的照明效率。整个照明装置的能效就变成了7.5lm/W。

  对于其他类型的光源也可以采用类似的计算方法。但是,对于基于荧光灯、紧凑型荧光灯(CCFL)和LED的照明装置,我们在计算时必须考虑镇流器损耗和隔离直流-交流的恒流控制损耗。表1对比了各种照明光源的能效。接下来,我们来分析基于LED的照明装置能效计算方法。

各种照明光源的能效

 

  LED灯的能效计算

  我们经常能够看到某些LED制造商声称又进一步提高了LED照明光源的lm/W性能。DOE制订的研究计划是将商用照明领域的SSL光源效率从当前的30lm/W提高到150lm/W以上。{{分页}}

  根据当前SSL凹进式照明装置的能源之星计划草案,我们可以计算出利用现有的元件构成的SLL照明装置的总体能效。对于孔径略大于4英寸、相关色温(CCT)为3000K的照明装置,它的最小亮度为500lm,最小光源效率为35lm/W。

  我们使用一种常见的暖白色LED灯作为照明光源的基本例子。该LED的额定指标为3000K CCT、350mA、3.8V的最大正向压降。LED灯是按照亮度进行分类标识的,我们在这里选择最小60lm@350mA的一部分。在测试条件下, LED结温为25℃,电流脉冲作用时间为25ms。在实际工作过程中,LED的结温将会根据照明器材的热设计效果上升到某个稳定值。对于任何LED而言,随着温度的上升,其产生的亮度就会下降。相比测试值,工作在60℃下的LED的亮度将会降低10%。这就意味着在稳定工作状态下LED实际产生的亮度大小为54lm。

  要想获得所需的照明亮度,我们至少需要10个这样大小的LED,这里我们采用5个LED两排并列的方式来实现。利用Light Tech公司的LED-18W直流700mA恒流源驱动器就能够驱动两排350mA的LED。它的能效为80%,可以产生24V的输出电压。

  通过计算,10个工作在350mA、3.8V下的LED总功耗为13.3W。因此,该光源的能效就等于54lm



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