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固態照明（SSL）技術宣稱在能效方面取得了重大進步，能夠實現大幅度的節能效果。2005年有一篇研究文章《高能效照明技術》（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已經開始支持SSL照明裝置的推廣工作。目前兩項正在進行中的DOE研究項目包括制訂SSL照明裝置的能源之星（Energy Star）計劃性能目標，以及開發用于驗證SSL照明裝置性能的測試程序。這些項目仍處于規劃起草階段。DOE之所以對SSL技術如此感興趣，是因為其他照明技術的能效幾乎都已達到了極限，而基于LED照明技術的能效有望在今后10年內提高一到兩倍。 能效的數值表示 自從出現標準的白熾燈以來，我們一直根據光源消耗的功率（瓦特），而不是根據它們所產生的亮度來標定它們的能效。這種 方法顯然是不合適的。隨著技術的進步，如果白熾燈繼續存在，那么白熾燈的包裝標識有望采用新的標定方法。在照明領域，點光源向各個方向發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磨砂白熾燈能夠產生890流明的亮度，因此該光源的能效就是15.8lm/W。 根據燈泡封裝類型的不同，照明裝置的實際性能可能會出現大幅度下降。例如，如果將一個標準白熾燈放在凹進式光源中，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，我們在計算時必須考慮鎮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的照明裝置能效計算方法。 LED燈的能效計算 我們經常能夠看到某些LED制造商聲稱又進一步提高了LED照明光源的lm/W性能。DOE制訂的研究計劃是將商用照明領域的SSL光源效率從當前的30lm/W提高到150lm/W以上。 根據當前SSL凹進式照明裝置的能源之星計劃草案，我們可以計算出利用現有的元件構成的SLL照明裝置的總體能效。對于孔徑略大于4英寸、相關色溫（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的額定指標為3000K CCT、350mA、3.8V的最大正向壓降。LED燈是按照亮度進行分類標識的，我們在這里選擇最小60lm@350mA的一部分。在測試條件下，LED結溫為25℃，電流脈沖作用時間為25ms。在實際工作過程中，LED的結溫將會根據照明器材的熱設計效果上升到某個穩定值。對于任何LED而言，隨著溫度的上升，其產生的亮度就會下降。相比測試值，工作在60℃下的LED的亮度將會降低10%。這就意味著在穩定工作狀態下LED實際產生的亮度大小為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現。利用Light Tech公司的LED-18W直流700mA恒流源驅動器就能夠驅動兩排350mA的LED。它的能效為80%，可以產生24V的輸出電壓。 通過計算，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。 如果將驅動器的能效考慮在內，那么可以計算出最差情況下的能效為33.2lm/W。這一結果能夠滿足當前能源之星計劃的要求，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生白色的光。 冷白色LED的性能在過去兩年內已經提高了一倍。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，隔離型驅動器的選擇對于提高整個照明裝置的能效也發揮了重要作用。目前這是一個價格和性能二者之間的權衡選擇問題。線性驅動器的價格是最低的，但是其能效處于50%～60%的范圍之間。 開關式驅動器的能效是最高的，一般在80%～85%之間。要想實現更高的能效，就需要更復雜的電路，因此驅動器的成本也就更高。 圖1 首爾半導體公司的AN2212在4W、3000K色溫下能夠產生120lm的亮度 另外一個LED的實例是首爾半導體公司的Acriche EcoLight。這種LED不需要隔離功率轉換電路。如圖1所示的是AN2212，它在3000K色溫下能夠產生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，其關鍵技術是在一個管芯上集成大量的發光單元，壽命可達30000小時。 |
