低碳经济下LED的应用及技术

陈长锋

上饶幼儿师范高等专科学校，江西 上饶 334000

0 引言

当前，各国家各领域都面临着能源资源愈加短缺的困境，纷纷在寻求新的发展方向，我国也提出了建设资源节约与环境友好型社会的战略。在电力行业，随着科学技术的迅速发展，LED进入大众视野。LED具有较好的照明效果与较高的节能性能，故而将其应用到具体照明之中，既满足了大众的照明需求，也符合当下我国低碳经济发展的需要。

1 LED概述

1.1 LED的原理和特点

LED也就是半导体发光二极管，属于一种固态的半导体器件，能够直接把电能转化为光能，其主要构成部分为PN结芯片与电极等。其中，发光二极管的关键构件为P型半导体与N型半导体，两种构件之间形成一个过渡层。对于部分半导体材料而言，把载流子注入其中后，这些材料中所具有的载流子会与新注入的载流子相融合，从而释放出多余的能量，产生更多的光能。反向电压往往会影响PN结芯片，阻止载流子进入半导体之中，从而抑制发光的功能。这种注入式方式能够把电能直接转化成光能，在今后的照明技术发展中，人们必然会更加深入地研究固体照明技术[1]。LED现已在照明领域得到普及，并发挥着很大的作用，既具备非常高的发光效率，也有着占地面积相对较少、使用年限较长的特点，还具备节能环保的效果。

1.2 LED的优势

在室内照明中，人们常常选用荧光灯、白炽灯、金卤灯等传统灯具，然而这些灯具的光源有比较大的耗电量，且存在很大的热辐射，在颜色和控制方式上均较为单一，主要适用于简单的场所照明中，并不能应用到一些比较特殊的场所。LED不仅具有节能环保的优势，还在功能性照明领域发挥很大的作用，主要包括以下几点：

（1）可实现低压供电和恒流驱动，可靠性与稳定性较高[2]；

（2）灯具结构牢固，具备较好的抗冲击性能；

（3）可控性能非常好，可以实现迅速响应，无频闪，且具有多种颜色；

（4）封装形式比较丰富，能够满足复杂照明要求，如面式、点式、线式等，甚至特殊造型灯具也可以满足要求。

可见，与传统照明灯具相比，LED具有非常显著的优势。据相关调查数据显示，相较于传统照明灯具，LED的耗电量更低，能节省70%左右，且LED的使用寿命明显更长，尽管前期投入成本较高，但是后期的节能效果能够很快地弥补这一缺陷，从而节省成本，呈现出良好的应用与发展前景。

2 低碳经济下LED的应用特点

2.1 定向发射光的实现

LED最为关键的特征为定向发射光的实现。因为功率型的LED中设置了反射器，相较于其他灯具反射器而言，LED中的反射器效率更高。在应用LED的过程中，需要注重对其发射光特点的充分利用，保障灯具中的LED直接把光线射到所需照明位置，再通过反射器实现辅助配光，从而获得预期综合配光的效果。只有LED灯具具备三次配光基本功能，方可让道路灯具获得预期效果。基于灯具自身角度，能够结合灯具高度与路面宽度，合理设计所有LED的安装位置与反射光方向，进而实现二次配光。灯具反射器作为一种辅助手段，可达到三次配光的目的，确保道路照度的有效性与均匀性。

在具体的应用设计中，需要先明确投射方向，然后通过球形万向节在灯具上实现LED的固定，若灯具高度与照射宽度存在一定的差异，必须合理调整万向节，从而确保全部LED的具体照射方向符合相关规范要求。在明确LED实际功率与光束输出角度时，因为光强与照度距离的二次方呈反比，所以需要先对各种光束输出角度相关的功率进行合理计算，然后合理调整LED实际功率大小，以此来保证LED光输出符合规范要求。上述调整方式都是LED灯具所特有的，在具体应用中发挥这些优势，既能够确保照度与均匀性，也能够减小功率密度，以此获得良好的节能效果。

2.2 恒流驱动电源的实现

LED灯具的电源主要是恒流驱动电源，可有效保证系统的正常稳定运行，但若开关电源方案非常简单，则往往会在一定程度上损害LED器件。为有效保障LED的安全性，驱动电路必须做到恒流输出，因为LED在正向运行时结电压无较大的改变，所以只有驱动电流保持恒定，才能够确保输出功率实现恒定。LED恒流供电如图1所示，通过LM317恒流驱动器能够对线路中的电流做出调整控制，使之随LED数量发生变化，从而使电流保持恒定。

图1 LED恒流供电

针对现阶段电源电压供应稳定性较差的情况，只有借助驱动电流的恒流输出，才能保障光输出保持恒定，将LED的功率运行状态控制在合理范围之内。要想让驱动电流保持恒流特性，由输出端逐渐向内看，需输出很高的内阻抗。在运行时，负载电流需要借助此输出内阻抗，如果驱动电路的构成部分是降压和整流滤波后加直流恒流源电路，那么势必消耗一定的有功功率，故而这一电路在使输出保持恒流的情况下，无法获得较高的效率。

针对上述情况，相关人员应结合有源电子开关电路进行设计，或是选择具有较高频率的电流来驱动LED，通过这两种方式能够确保电力一直处于恒流输出状态，获得预期的转换效率。传统灯具主要是基于HID光源，选用触发器和电感镇流器，这一模式的能效很低，且在实际应用中容易发生频闪等问题。LED灯具中设置了电子驱动电路，其在室外使用时很容易受到雷电感应的干扰。闪光发射是一种无线电波，供电线路通常采用架空线路或是无线，若两根电源线同时接受一样的电波，那么在驱动电路方面会出现共模干扰，这就极易击穿电路中的电容，或是在很大程度上缩小电气间隙，从而破坏驱动电路。针对这一问题，可将压敏电阻安装到输入端，即可获得泄放干扰电压；对于因闪电引发的多种干扰，若干扰电压过高，会导致压敏电阻在泄放过程中出现很大的电流，因而应采用具有良好响应能力的压敏电阻，并做好EMI防护，形成一个复合式LC网络，从而有效避免泄露，并在极大程度上抑制闪电干扰信号[3]。

3 低碳经济下LED技术

3.1 产品多元化与系列化

在以往的照明中大多采用传统灯具，且主要应用于室内照明。当前室内照明所采用的多为LED，常见的灯具产品为LED吊灯、LED杯灯、LED射灯等，可以发现灯具产品呈现系列化的特点。同时，LED选择通用标准灯头，该灯头涉及E、GU、MR标准连接灯头组件，可以直接引入交流电。相较于以往的照明灯具，LED具有很好的适应性，能更好地取代以往的照明设备，具有较大的市场潜力。

3.2 产品集成化与智能化

针对LED的具体应用，可选择最新的封装工艺，即共晶焊，既可以有效提高该照明工具的散热效果，获得更长的使用寿命，还能够进一步丰富其灯具结构设计与造型设计，大幅度提升其美观度。同时，LED具有很高的可控性，在今后的发展中可通过对微电子技术、智能控制技术的应用，促使照明设备具备更高的智能化管理水平。

3.3 透镜与灯罩设计一体化

LED光源具备很强的方向性特征与很高的可控性，能够借助科学合理的光学处理技术，在极大程度上提高该照明工具的光通量。LED光源能够由点光源发展成面光源，以此在极大程度上增加发光面，满足功能照明要求，从而有效缓解人们的视觉疲劳。此外，透镜兼具聚光与防护效果，可防止光的重复浪费，使灯具光照条件具备更好的美观性，节省应用成本[4]。

3.4 LED散热高效化

在LED的具体应用中，由于该节能灯中的大部分电能转变成了热能，会升高节能灯的温度，一旦温度达到一定限值后，就会引发LED灯具光衰问题，久而久之，会缩短灯具的使用寿命，降低其可靠性。针对这一情况，相关人员需要进一步优化LED，注重提高其散热性能，也就是需要选择更加适宜的导热材料，全面考虑灯具的整体散热片外表热交换形式，通过将散热翅片安装到灯具四周来增加灯具散热面积，并在其壳体外表面安装散热孔，为灯具提供散热通道，形成开放的结构形式，从而有效提升灯具散热效果[5]。

3.5 产品人性化与艺术化

科学技术的迅速发展推动着LED照明的创新和变革，人们开始注重各种光色和亮度对用户身心造成的影响。通常很多人更加喜欢暖色光源或是黄色光源，借助三基色LED，能够让灯具的颜色、灰度及亮度发生不间断的调节变化，呈现出丰富绚丽的光源色彩。同时，LED将朝着小体积方向发展，更高效地控制光线，灯具外观设计也将更加丰富多样，从而具备更好的美观性。

4 结束语

综上所述，近年来LED在各领域得到了广泛应用，并有着显著的应用效果。有效应用LED不仅能实现照明等基本功能，还能够避免不必要的能源浪费，降低成本，符合我国节能减排的发展要求。同时，为了获得更优的效果，相关人员需要高度重视LED的优化设计和应用，不断提高其可控性、美观性等，从而促进我国照明领域的良好发展。