LED驅(qū)動(dòng)電源技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

　　在設(shè)施農(nóng)業(yè)中，通常所采用的人工光源是熒光燈與高壓鈉燈。近年來，隨著光電技術(shù)的發(fā)展，發(fā)光二極管(LED)的亮度與效率也大幅度提高，使得這種光源在設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用變?yōu)榭尚?，尤其?duì)封閉可調(diào)控的設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境(如植物工廠，組織培養(yǎng)室、植物生長(zhǎng)箱等)是一種非常合適的人工光源。為此，主要介紹了LED在設(shè)施農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)。

　　市景觀照明追求的不是亮度，而是藝術(shù)的創(chuàng)意設(shè)計(jì)，LED產(chǎn)品應(yīng)該能夠找到它的用武之地。發(fā)光角度小的LED方向性強(qiáng)，可作局部重點(diǎn)照明;在封裝材料中添入散射劑可以實(shí)現(xiàn)175度的發(fā)光角適合較大范圍內(nèi)的照明，問題是目前城市夜景照明中建設(shè)單位過于追求高亮度難以給設(shè)計(jì)師提供足夠大的選擇范圍，目前在城市夜景照明工程中常用的LED光源主要有：線性發(fā)光燈具、裝飾草坪燈、景觀燈、球泡、水下燈、地面燈具：地埋燈、發(fā)光地磚、石燈、利用太陽能電池作為能源的LED燈具。

　　國際上LED的醫(yī)學(xué)應(yīng)用研究工作從20世紀(jì)90年代開始，1993年美國太空總署(NASA)首先提出LED生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用研究。其研究?jī)?nèi)容包括：利用LED照射舒緩宇航員運(yùn)動(dòng)疲勞、處理傷口，用于腫瘤的光動(dòng)力治療和消除皮膚炎癥、潰瘍，促進(jìn)創(chuàng)傷愈合以及面部嫩膚、除皺、除斑，治療座瘡等等。相繼推出LED醫(yī)療應(yīng)用成果的還有以色列和英國。通過大量臨床實(shí)踐，各國生物醫(yī)學(xué)界專家一致認(rèn)為L(zhǎng)ED醫(yī)療器械是目前最能替代He-Ne激光器進(jìn)行光療的器械，在醫(yī)學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域有著極其廣泛的開發(fā)前景。故LED電路的設(shè)計(jì)顯得尤為重要，沒有驅(qū)動(dòng)LED永遠(yuǎn)發(fā)不了光。每個(gè)廠家所用LED都是一樣的，不同之處在于驅(qū)動(dòng)電路的不同，好的驅(qū)動(dòng)電路能使其工作時(shí)間更長(zhǎng)，發(fā)揮更多的作用，節(jié)約更多的能源，LED相比于普通的白熾燈所用電量更少，但能發(fā)出同樣的光芒，使用年限也更長(zhǎng)，正因?yàn)橛懈鞣N高性能高質(zhì)量的電路使得LED能發(fā)揮其歷史性的作用，來為我們照福，為國家照福，為人類照福。

　　一、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

　　(1)國外LED電路發(fā)展現(xiàn)狀。半導(dǎo)體照明技術(shù)的開發(fā)研究引起了全球研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)的重視。國外共有近200家公司參與GaN器件、材料和設(shè)備的開發(fā)，近300所大學(xué)和研究所參與GaN的研發(fā)。目前，功率型白光LED光視效能(發(fā)光效率)已經(jīng)達(dá)到100lm/W，研究水平達(dá)到160lm/W。經(jīng)過技術(shù)發(fā)展和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，世界主要LED廠商已經(jīng)形成各自的技術(shù)特色。日本日亞化學(xué)處于全球技術(shù)領(lǐng)先水平，壟斷高端白色、藍(lán)、綠色LED的市場(chǎng)，豐田合成在白光LED及車燈照明技術(shù)開發(fā)據(jù)國際前端;美國Cree的碳化硅襯底生長(zhǎng)GaN外延片國際領(lǐng)先，傳統(tǒng)照明巨頭Philips絕對(duì)控股的美國Lumileds功率型白光LED國際領(lǐng)先;傳統(tǒng)照明巨頭Osram歐司朗控股的德國歐司朗光電半導(dǎo)體功率型LED封裝和車用LED燈具開發(fā)國際領(lǐng)先。

　　(2)國內(nèi)LED電路發(fā)展現(xiàn)狀。國內(nèi)的外延片生長(zhǎng)技術(shù)主要源于美國、基本上是進(jìn)口美國的有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉淀(MOCVD)裝備，這些裝備在美國就不是一流的裝備，在整個(gè)LED產(chǎn)業(yè)外延片的生長(zhǎng)、芯片、芯片封裝3個(gè)環(huán)節(jié)中，外延片生長(zhǎng)投資要占到70%，外延片成本要占到封裝成成品的70%，同時(shí)外延片生長(zhǎng)技術(shù)的人才全世界都缺乏，簡(jiǎn)單的說，外延片的水平?jīng)Q定了整個(gè)LED產(chǎn)業(yè)水平，國內(nèi)近幾年也陸續(xù)引進(jìn)了50多臺(tái)MOCVD裝備，均處理大生產(chǎn)工藝摸索階段，一旦工藝成熟，則會(huì)上10倍地增大裝備數(shù)量形成規(guī)模生產(chǎn)，市場(chǎng)需求巨大。

　　國家“863”計(jì)劃和信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展基金及時(shí)支持了國產(chǎn)外延設(shè)備如液相外延爐和MOCVD設(shè)備的研發(fā)(中科院半導(dǎo)體所、中電科技集團(tuán)公司第四十八所)，通過整機(jī)消化吸收，關(guān)鍵技術(shù)再創(chuàng)新等措施，填補(bǔ)了國內(nèi)空白，使長(zhǎng)期制約我國LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展的裝備瓶頸得以突破。隨著國家照明工程的起步，國內(nèi)LED芯片設(shè)備的巨大需求再次引起了國外半導(dǎo)體設(shè)備生產(chǎn)商的積極響應(yīng)，他們?nèi)找嬷匾曋袊@個(gè)巨大的市場(chǎng)，但是，這里面也存在著一個(gè)隱憂，國外芯片設(shè)備高昂的價(jià)格，相對(duì)制約了國內(nèi)企業(yè)的規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，也消耗了國家大量寶貴的外匯。同樣也擠占了國內(nèi)設(shè)備生產(chǎn)商的發(fā)展空間。

　　二、LED驅(qū)動(dòng)電源技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

　　LED行業(yè)的興起，并不是偶然的，而是在整個(gè)科學(xué)發(fā)展的條件下，在節(jié)能環(huán)保的號(hào)召下，在人類能源日漸緊張的情況下發(fā)展起來的。能源的浪費(fèi)與消耗，勢(shì)必呼喚新節(jié)能產(chǎn)品誕生，即使不是LED也是其它同類產(chǎn)品來取代，所以說LED照明的興起，是有其必然性的。作為L(zhǎng)ED照明的核心驅(qū)動(dòng)力，LED驅(qū)動(dòng)電源的發(fā)展直接影響LED的普及和大眾化。怎么降低LED成本，讓LED照明進(jìn)入千家萬戶，這是擺在所有LED人面前的一個(gè)重要課題，同時(shí)也是一次重大的發(fā)展機(jī)遇。

　　未來LED驅(qū)動(dòng)電源將向何處發(fā)展呢?我們都知道，LED驅(qū)動(dòng)電源是直接為L(zhǎng)ED提供驅(qū)動(dòng)力的，相當(dāng)于發(fā)動(dòng)機(jī)。LED驅(qū)動(dòng)電源技術(shù)的發(fā)展，對(duì)LED相關(guān)行業(yè)的發(fā)展是至關(guān)重要的。也是具有決定意義的。LED驅(qū)動(dòng)電源的主要功能是將交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，并同時(shí)完成與LED的電壓和電流的匹配。隨著硅集成電路電源電壓的直線下降，LED工作電壓越來越多地處于電源輸出電壓的最佳區(qū)間。恒流恒壓這些技術(shù)，將會(huì)越來越普遍。

　　(1)針對(duì)LED的特點(diǎn)開發(fā)一系列恒壓恒流控制電子電路，利用集成電路技術(shù)將每顆LED的輸入電流控制在最佳電流值，使得LED能獲得穩(wěn)定的電流，并產(chǎn)生最高的輸出光通量。LED驅(qū)動(dòng)電源在輸入電壓和環(huán)境溫度等因素發(fā)生變動(dòng)的情況下最好能控制LED電流的大小。

　　(2)LED驅(qū)動(dòng)電源具有智能控制功能，使LED的負(fù)載電流能夠在各種因素的影響下都能控制在預(yù)先設(shè)計(jì)的水平上。當(dāng)負(fù)載電流因各種因素而產(chǎn)生變化時(shí)，初級(jí)控制IC可以通過控制開關(guān)使負(fù)載電流回到初始設(shè)計(jì)值上。

　　(3)在控制電路電路設(shè)計(jì)方面，要向集中控制，標(biāo)準(zhǔn)模塊化，系統(tǒng)可擴(kuò)展性三方面發(fā)展。

　　(4)在目前LED光效和光通量有限的情況下，充分發(fā)揮LED色彩多樣性的特點(diǎn)，開發(fā)變色LED燈飾的控制電路。

　　2011年LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度小于預(yù)期，藍(lán)寶石襯底、LED芯片價(jià)格自年初以來連續(xù)下跌，前7個(gè)月平均跌幅超過20%。在LED產(chǎn)業(yè)的上游端，藍(lán)寶石襯底在建項(xiàng)目產(chǎn)能達(dá)10100萬片/年，而中國當(dāng)前實(shí)際需求量?jī)H為685萬片，尚不足產(chǎn)能的1/10。

　　這反映了當(dāng)前LED產(chǎn)業(yè)面臨的發(fā)展困境。國家半導(dǎo)體照明工程研發(fā)分析說，LED上游廠商產(chǎn)能有些過剩，而中下游應(yīng)用端市場(chǎng)不如預(yù)期好，導(dǎo)致LED產(chǎn)品價(jià)格持續(xù)下滑，部分中小LED企業(yè)面臨生存困境。

　　分析國內(nèi)外產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策，LED照明都毫無疑問代表了未來照明的方向，隨著一系列扶持政策的陸續(xù)出臺(tái)，以及技術(shù)、觀念的全面革新，LED產(chǎn)業(yè)將在未來三五年開啟爆發(fā)式增長(zhǎng)模式。

　　LED產(chǎn)業(yè)的市場(chǎng)蛋糕究竟有多大?何時(shí)才能真正做大?這個(gè)是當(dāng)下LED人最關(guān)心的問題。按照“十二五”發(fā)展目標(biāo)，LED照明將占據(jù)國內(nèi)30%以上的市場(chǎng)份額，產(chǎn)值預(yù)期將達(dá)到5000億元。最新消息透露，半導(dǎo)體照明“十二五”專項(xiàng)規(guī)劃將于今年9月份出臺(tái)，屆時(shí)很多疑問都將水落石出。

　　5000億是個(gè)怎樣的概念?翻開資料，去年中國LED應(yīng)用產(chǎn)值才過1000億元，相當(dāng)于LED產(chǎn)值在未來三四年增長(zhǎng)到去年的四五倍。這是對(duì)國家政策和市場(chǎng)形勢(shì)雙重分析后得出的結(jié)論，實(shí)現(xiàn)的可能性非常大。對(duì)國內(nèi)LED產(chǎn)業(yè)將形成極大推力，很多企業(yè)將迎來爆發(fā)式增長(zhǎng)。

　　對(duì)LED市場(chǎng)的樂觀預(yù)期，更多地緣于LED產(chǎn)品的節(jié)能效果。以一盞10瓦LED燈代替60瓦白熾燈為例，每小時(shí)可省0.05度電，一年可省電183度。全中國每人平均用一盞LED燈替代60瓦白熾燈，可省183度電/年×13億人=2379億度電/年，相當(dāng)于3座三峽水力發(fā)電廠的電量。