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[導(dǎo)讀]   發(fā)光二極管(LED)照明正成為產(chǎn)業(yè)的首選技術(shù),尤其是在惡劣環(huán)境條件的場合,LED解決方案是耐用且從不會完全失效,然其光量確實會隨時間而減弱。採用自動調(diào)光測量LED光輸出,同時調(diào)整電源,可有效

  發(fā)光二極管(LED)照明正成為產(chǎn)業(yè)的首選技術(shù),尤其是在惡劣環(huán)境條件的場合,LED解決方案是耐用且從不會完全失效,然其光量確實會隨時間而減弱。採用自動調(diào)光測量LED光輸出,同時調(diào)整電源,可有效地在燈泡的整個使用壽命期間保持恆定的光輸出。如此可在不同的製作方式下保持穩(wěn)定的亮度,且大大延長燈泡的使用壽命,本文將闡述如何使用各種感測器技術(shù)運作且適用于街道、辦公室和工廠的照明的電路範例。

  系統(tǒng)層級的生態(tài)設(shè)計須面面俱到

  就生態(tài)設(shè)計(Ecodesign)而言,對于特定的應(yīng)用,延長使用壽命永遠是人們所希望的,因為它與生態(tài)衝擊(Ecological Impact)直接相關(guān)。此不像想像的那么容易,因為創(chuàng)新永不停止,新標準和新應(yīng)用的可能性須被納入考量,且須要實現(xiàn)新功能。重要的是不要僅執(zhí)行最低標準,還要建立預(yù)載有各種新功能、同時能帶來一定彈性的更佳產(chǎn)品。美國太空總署的「火星漫游車(Mars Rover)」就是一個很好的例子,大量的技術(shù)支援幫助這項計畫的導(dǎo)入,并使計畫啟動時間大幅提前。

  除了彈性之外,讓LED具有如此長壽命的可能性亦至關(guān)重要,對此,有叁類影響須要考慮:快速變化的影響(如接通電流)、緩慢變化的影響(如漂移)及外部影響。

  對于所有應(yīng)用而言,導(dǎo)通電流是一種重要的應(yīng)力。電源中的大型匯流排電容正是有可能造成此種應(yīng)力的主因。此外,開啟電源時的不明確狀態(tài)可能給應(yīng)用帶來應(yīng)力。為避免這些狀況,應(yīng)該在整個設(shè)計階段使用失效模式與影響分析(FMEA)來對電路效能進行仔細的分析。在完成的應(yīng)用設(shè)計中,還須要檢驗導(dǎo)通和關(guān)斷過程中的電流和溫度,在設(shè)計階段,可能因此兩點未被注意,結(jié)果往往導(dǎo)致在后期造成現(xiàn)場故障。

  圖1顯示由導(dǎo)通電流引起的某電源輸入橋式整流器的溫度變化,此時雖然其他元件處于冷狀態(tài),但整流器的溫度卻明顯升高,可能影響產(chǎn)品使用壽命。許多二、叁十年前開發(fā)的應(yīng)用採用能避免漂移所引發(fā)故障的電路技術(shù),由于后來使用的眾多元件具有較大的公差水平和更大的漂移,所以開發(fā)對元件特性依賴較少的電路。為延長一項應(yīng)用產(chǎn)品的使用壽命,許多這類技術(shù)不在現(xiàn)今生態(tài)設(shè)計的考慮之列,如此便增加電路設(shè)計的復(fù)雜性,使得元件數(shù)目增加。電子線路的環(huán)保影響通常低于工作能耗所引起的影響,所延長的使用壽命可彌補增加的復(fù)雜性。

  

  圖1 導(dǎo)通電流引起的電源輸入橋式整流器溫度變化

  功率電子是所有應(yīng)用和產(chǎn)品的一個重要部分,尤其是在生態(tài)設(shè)計的考慮之中,因為子系統(tǒng)透過效率等特性影響到環(huán)保效能,如較低的效率意味著應(yīng)用產(chǎn)品須採用較大的散熱片,從而在生產(chǎn)和應(yīng)用過程中消耗更多能量,并須使用更多的能量進行運輸和回收。因此,建議設(shè)計人員能夠考慮到最高效率和較大的輸入電壓範圍的運用,以便減少元件的數(shù)量,獲得最大的靈活性,因為此部分日后無法進行更動,如利用軟體修改。

  在照明應(yīng)用中,使用LED解決方案是大勢所趨。除具有更高的效率之外,LED本身亦具有很長的使用壽命,LED驅(qū)動電子裝置在設(shè)計上應(yīng)該盡量利用LED的長效使用壽命。圖2為此種照明方案的示意圖。

  

  圖2 LED照明方案示意圖

  路燈照明是這類照明方案的一個特殊實例,沒有任何其他照明應(yīng)用結(jié)合多元化的要求,如溫度、濕度、振動等不斷變化的環(huán)境因素,以及高效率、高可靠性和低耗電量需求,都在照明解決方案的考慮因素之內(nèi),同時亦要考慮大量生產(chǎn)和承受相對應(yīng)的價格壓力。隨著燈泡功耗的變化,溫度會從-40℃變?yōu)?5℃,導(dǎo)致溫度大幅上升。重點是必須注意到,每個(每日)導(dǎo)通週期會引發(fā)一次溫度週期,此意味著在系統(tǒng)層面上,5年中燈泡會有接近兩千次溫度週期,為系統(tǒng)帶來很大的應(yīng)力。

  由于路燈照明的成本是城鎮(zhèn)預(yù)算的一個重要部分,人們特別關(guān)注高效率的能力,以期幫助降低路燈的運作成本。目標是使用最少的電能來提供街道或人行道所需足夠的亮度,這當中還不包括后續(xù)的維護成本,若使用壽命較短的燈泡,其維護成本也會更加可觀。粗略估計一定人口使用路燈數(shù)量的方法,是按照每六個居民一盞路燈的比例來計算,按照這樣的比例,德國大約有一千叁百叁十萬盞路燈,節(jié)能潛力非常驚人。因此,許多城市和社區(qū)轉(zhuǎn)而使用這些新型LED照明方案也就不足為奇,部分更換整個燈泡,或者更換燈頭。

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