LED照明正在成為業(yè)界的首選技術，尤其適用于環(huán)境條件惡劣的場 合,。LED解決方案具有穩(wěn)健性，并且從不會完全失效,。然而，其光強度確實會隨時間而減弱,。在測量LED光輸出并調整電源以便在燈泡的整個壽命期間保持恒定 光輸出的場合，采用自動減低亮度的方法是非常有益的,。這樣可以大大延長燈泡的使用壽命,，并在燈泡制造狀況變更下保持穩(wěn)定的亮度,。本文給出了用于街道,、辦公 室和工廠照明，使用各種傳感器技術工作的電路示例,。

　　系統(tǒng)級生態(tài)設計（ecodesign）的新途徑

　　就生態(tài)設計而言，對于給定的應用,，延長使用壽命永遠是人們所希望的，因為它與生態(tài)影響（ecological）直接相關,。這不像說起來那么容易,，因為創(chuàng)新 永不停止。需要考慮新的標準和新的應用可能,，并且需要實現(xiàn)新功能。重要的是不要僅僅執(zhí)行最低標準,，還要構建搶得先機具有許多新功能的“更好的”產品，并且 獲得一定的靈活性,。“火星漫游車”就是一個很好的例子,，大量的技術支持幫助實施了這項計劃,，并且發(fā)射時間較原定計劃大大提前,。

　　重要的是不僅具備靈活性，而且LED的使用壽命也要具備維持如此長時間的工作潛力,。在此,，需要考慮三類影響：快速變化的影響（例如開機電流）、緩慢變化的影響（例如參數(shù)漂移）以及外部影響,。

　　對于所有應用而言,，開機電流是一種重要的應力,。電源中存在著可能造成這種應力的大總線電容。此外,，上電時的不明確狀態(tài)可能給應用帶來應力,。為了避免這些狀 況,，應該在整個設計階段使用失效模式與影響分析（FMEA）對電路性能進行仔細的分析。在完成的應用中,，重要的是檢驗開機和關機過程中的電流和溫度。在設 計階段,，它們可能未被認知,，而在后期造成現(xiàn)場故障。

　　此圖顯示了由開機電流引起的某電源輸入橋式整流器的溫度變化,，這時其它元件處于比較冷狀態(tài)，整流器的溫度升高了很多,，可能影響其使用壽命。

　　許多二,、三十年前開發(fā)的應用擁有能避免漂移所引發(fā)故障的電路技術,。由于那時使用的許多元件具有較大的公差水平和更大的漂移,，所以開發(fā)了對元件特性依賴較少 的電路。為了延長一項應用產品的使用壽命,，許多這類技術不在如今的生態(tài)設計的考慮之列。這就增加了電路設計的復雜性,，使得元件數(shù)目增加。電子線路的生態(tài)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以彌補增加的復雜性,。

　　功率電子是所有應用和產品的一個重要部分,，也更在生態(tài)設計的考慮之中，因為子系統(tǒng)通過效率等特性影響到生態(tài)效應,。例如，較低的效率意味著一項應用產品需要 采用較大的散熱片,，從而在生產和應用過程中消耗更多的能量,，并需要使用更多的能量進行運輸和回收,。因此，建議設計人員考慮達到最高效率和寬輸入電壓范圍,， 以便使用較少的元件，獲得最大的靈活性，因為這個部分以后不能改動（例如：通過軟件更改）,。

　　在照明應用中，使用LED解決方案是大勢所趨,。除了具有更高的效率之外，LED本身具有很長的使用壽命,，LED驅動電子裝置在設計上應該最大限度地利用LED的長使用壽命。以下是這種照明方案的示意圖：

　　街燈照明是這類照明方案的一個特殊實例,，沒有其它哪種照明應用結合了如此多的要求,，這些要求并不總是趨于融合。溫度,、濕度以及振動等不斷變化的環(huán)境 因素，以及高效率,、高可靠性和低能耗需求，都成為照明解決方的考慮因素,，同時還要考慮大批量生產和承受相應的價格壓力。隨著燈對電能的消耗，溫度會從 -40°C大幅上升至85°C,。重要的是必須注意到，每個開關（每日）循環(huán)會引發(fā)一次溫度循環(huán),。這意味著在系統(tǒng)層面上，五年中燈泡會有接近2000次溫度 循環(huán),，這給系統(tǒng)帶來了很大的應力。

　　由于街燈照明的成本是城鎮(zhèn)預算的一個重要部分,，人們特別關注高效率，以期幫助降低街燈的運作成本,。目標是使用盡可能少的電能來達到街道或人行道所需的發(fā)光度水平,。這不包括維護成本,，對于使用壽命較短的燈炮，其維護成本也很可觀,。

　　粗略估算一定人口使用街燈數(shù)量的方法，是按照每六個居民一盞街燈的比例來計算,。按照這一比例，德國大約有1330萬盞街燈—— 節(jié)能的潛力非常巨大,。因此，許多城市和社區(qū)轉而使用這些新型LED照明方案也就不足為奇了,，或者更換整個燈泡,，或者更換燈頭。

　　對路燈的預防性維護

　　面對所有這些要求,，這種電源的設計很復雜，但并不是不可能,。上圖的左側是輸入濾波器和橋式整流器的示例，后面跟著一個有些與眾不同的電路,，其中反激電路使 用了一個BCM-PFC-控制器。通常,，電源周期內開關頻率要發(fā)生變化，以保持輸出電壓的恒定,。此處，使用振蕩器（帶Q102的電路）維持恒定的開關頻 率,，從而在整個電源周期內維持一種恒定的占空比?？梢愿淖冋伎毡龋m然以極低的速度）,，以便調整輸出電流,。這不會產生問題，因為LED不是動態(tài)負載,。借助 這種改變，輸入電流將與輸入電壓對應,，轉換器將恒定工作于DCM模式,，獲得非常好的功率因數(shù)。

　　該圖顯示整個電源周期內初級端（藍色）和次級端（棕色）的電流,。很明顯,，電流的峰值呈正弦形包絡,，這使其能夠在使用小輸入電容時,，仍然獲得好的功率因數(shù)和低傳導輻射,。

　　該電路能夠在不使用額外PFC電路的情況下獲得好的功率因數(shù)。缺點是在雙倍電網頻率下,，次級端的紋波電流很大，但對于LED照明而言，這不會成為缺點,，因為人眼對100Hz的閃爍是不敏感的。

　　在次級端,，利用一個電路將輸出電流（用分流電阻測量）轉換成初級端調節(jié)器的反饋信號,，以獲得驅動LED的電流輸出。這里,，對平均輸出電流進行調節(jié),，因為反 饋回路必須緩慢，以便在輸入端獲得好的功率因數(shù),。另一個優(yōu)點是使用金屬箔電容作為輸入電容,，其小尺寸減小了對空間的要求，并顯著提高了壽命,。

　　LED燈的壽命還由LED的亮度漂移決定,。例如，OSRAM公司的“金龍+”LED燈的平均壽命為45000小時 （焊接點溫度85°C,，以0.7A電流連續(xù)工作）,。其可分成四個階段,，第一個階段是能夠向上或向下的相對快速漂移的階段，接下來是反射器老化階段,，然后是 LED僅有微小漂移的較長階段，最后是燈壽命漂移真正終止的階段,，在這個階段中，亮度持續(xù)降低,。

　　LED的失效不會是災難性的，但是在到達額定壽命期時,，其亮度下降到70%。燈將隨時間的推移持續(xù)變暗,。在某些應用中,，這不是問題，但對于其他一些有標準和規(guī)范要求亮度恒定的應用中,，這種情況是不能被接受的,。

　　與使用高壓鈉燈的普通路燈相比,，LED燈更加耐用，并具有更長的壽命,。不過仍有進一步提升的可能性,。為了延長壽命，并減小設計對環(huán)境的影響,，可以使用亮度傳感器來調節(jié)亮度,，并在壽命期內獲得恒定的發(fā)光度,。

　　下圖為用于大功率LED調光的次級端恒流控制電路的示例：

　　為了在不改變顏色的情況下改變LED的亮度,，使用了脈寬調制方案。為此,，在電路的輸入端施加一個方波信號。當電壓高于1V時,，調節(jié)器禁用，LED串 內沒有電流流過,。電壓很低時，IC的輸入節(jié)點會承擔分流電阻反映出的電壓,，有效地接通電流控制，并使LED串在這種恒定電流下工作,。這將產生恒流脈沖，緊 接著是暫停,，即無電流流過。這樣將會在不改變顏色的情況下調節(jié)LED的亮度,。結合上面的PFC反激式電路，重要的是要使用一種不會與電網頻率產生可見拍頻 頻率的PWM調制信號,。

　　實現(xiàn)亮度傳感器的方法有很多種,。例如可使用光敏晶體管或者光敏二極管,，但它們需要部分模擬電路，以便使它們的信號適用于調節(jié),。還有一種許多商用亮度傳感器 都在使用的標準化模擬接口,，其控制電壓范圍為0至10V。在噪聲較大的環(huán)境中,，信號也以用電流環(huán)路傳送，例如：以0至20mA電流工作,。此外，在傳感器或 者傳感器陣列與中央控制器相結合的地方可以使用數(shù)字接口來實現(xiàn)亮度調節(jié),，甚至實現(xiàn)冗余工作,，比如可以對一些出現(xiàn)故障的燈進行補償,。這一點尤其有利于不便更 換燈的環(huán)境,，例如：在半導體生產廠內。

　　利用這樣的中央控制器和燈,，調節(jié)和接通操作不會對燈的壽命產生負面影響，還能夠實現(xiàn)更多的功能,，比如根據用戶在場與否進行調節(jié)、環(huán)境光調節(jié),、遙控（通過電話或短信）開燈關燈等。

　　結論

　　在早期,，LED照明解決方案的光輸出低,，可靠性也較差,，這些缺點阻礙了它的普及,。但是,，隨后這些問題被克服,，LED照明解決方案得到了越來越廣泛的應用?，F(xiàn)在，隨著控制電路和應用的不斷開發(fā),，LED的長壽命特性開始大有用武之地,，它的環(huán)保優(yōu)勢終于被充分顯現(xiàn)出來,。