LED照明智能控制主要技术难点分析

　　根据2011美国能源部楼宇手册能耗数据，商业用电中照明能耗所占比重最大，达到26%左右，如图1所示。过高的能耗造成了温室效应、资源枯竭等诸多问题，传统室内照明灯如白炽灯、卤素灯、荧光灯等因为其能效低已逐步进入淘汰边缘，节能灯也因为寿命和污染问题无法成为下一代照明的主体。LED照明以其节能、长寿命、环境友好等优点已被广泛用于液晶显示屏背光照明、全彩大屏幕显示、交通信号灯、景观照明等。LED灯未来有望逐步取代传统照明光源而成为室外和室内照明的主体。

图1 2011美国能源部楼宇手册能耗数据

　　LED照明智能控制技术是利用智能控制系统使LED根据场景、环境进行自动调光，并且可以实时监控LED运行状态的技术，其充分利用了LED的半导体器件性质，具有以下优点：第一，采用集中式直接DC驱动，不存在驱动可靠性和寿命问题;第二，多个LED灯组成系统，相互协调，整体更加节能，真正凸显LED灯的节能特性，实际使用成本短期内可明显下降;第三，提供更加灵活和自动化的节能策略，减轻LED的散热压力;第四，同时能够利用LED的半导体芯片特性，使其作为信息传递的载体。

　　LED照明智能控制技术能够帮助LED灯进入室内照明应用的广阔市场，在LED照明的普及过程中发挥关键的作用。

　　LED照明智能控制技术的技术难点主要包括LED调光下的光效保持研究、LED精细调光技术、LED和驱动IC及智能IC的集成研究、LED调光下的色温保持研究、LED调光下荧光粉的效率研究、LED调光和光衰关系的研究、LED调光和显色指数关系的研究以及LED对人体健康影响的研究等方面。

　　LED照明智能控制技术的核心目标和理念是使LED更加节能，虽然自动调光可以根据场景和环境使LED光功率输出总体减小，但同时会影响LED器件的光电效率。针对LED调光下的光效保持研究，丹麦奥尔堡大学的研究团队发现采用不同的LED调光驱动方式可以对光效的降低进行补偿，其认为采用AM(幅度调制)和PWM(脉宽调制)的混合方式能够得到较高的调光时光效，如图2所示。

图2 丹麦奥尔堡大学LED调光下的光效保持研究

　　自动调光时如采用粗放式简单模拟调光，将无法满足用户希望平滑调光、使视觉更舒适的要求。LED作为半导体器件，具有可精细调光的能力。美国德州仪器研究院已开发出数字多阶调光的LED驱动芯片，支持平滑调节和多达上万个台阶的驱动方式。

　　LED芯片和LED驱动芯片、智能IC芯片同属于低压半导体微电子芯片，以上三种芯片的集成封装可以满足用户的智能化要求，可以有效降低成本和减小芯片体积。意大利比萨大学团队对该内容进行了研究，利用半导体芯片键合技术研制出集成封装的样片，如图3所示。

图3 意大利比萨大学对LED芯片和驱动、智能IC集成的研究