照明的光明未來(lái)

要有（電）燈！但誰(shuí)負責點(diǎn)亮呢？

有許多人聲稱(chēng)自己是電燈的發(fā)明者，在19世紀中葉的許多發(fā)展為世界變得更亮一點(diǎn)鋪平了道路。

我們可能無(wú)法查明確切的“發(fā)現”！但我們知道的是，1879年，托馬斯·愛(ài)迪生（Thomas Edison）申請了第一個(gè)商業(yè)上成功的帶有碳化竹絲的電燈泡專(zhuān)利[^[1]]。除了細絲材料的微小改進(jìn)，包括20世紀初期從碳到鎢的轉變，我們從那時(shí)起直到最近基本上一直在使用愛(ài)迪生的古老技術(shù)。

白熾燈泡迅速普及，提供了低成本和高質(zhì)量的照明。但在過(guò)去的一二十年中，照明技術(shù)發(fā)生了根本性的變化，在大多數住宅和商業(yè)設施中，LED取代了傳統的白熾燈（如圖1）。

圖1 LED照明光效

1   LED接替

LED燈自20世紀60年代就出現了，但是直到20世紀90年代藍色LED的發(fā)明才使白色LED燈泡得以制造。從那時(shí)起，因其價(jià)格穩步下降已成為許多市場(chǎng)上的主導技術(shù)，以與傳統燈泡競爭。

在全球住宅銷(xiāo)售中，在2018年[^[2]]LED也已超過(guò)日光燈，達到40%的市場(chǎng)份額。今天，1個(gè)LED燈泡可能會(huì )在許多國家零售2~5美元，在一些地區價(jià)格甚至更低。例如，在印度，政府通過(guò)對當地制造商減稅收和關(guān)稅，成功地推動(dòng)了LED照明的采用。

與白熾燈泡相比，LED具有多種優(yōu)點(diǎn)：它們使用時(shí)間長(cháng)得多，產(chǎn)生的熱量更少，功耗更少，從而降低了使用壽命成本，而且它們更低的耗電量使它們更環(huán)保。LED也比大多數日光燈使用的功率更小，并且具有在打開(kāi)時(shí)立即達到全亮度的優(yōu)點(diǎn)。

2   更綠色

照明占全球用電量的很大一部分，據歐盟委員會(huì )[^[3]]估計約為15%。在美國，住宅和工業(yè)/商業(yè)領(lǐng)域的照明使用[[4]]總能源（不僅僅是電力）的7%。

隨著(zhù)氣候危機的到來(lái)，我們需要減少照明的耗電量——而且需要大幅削減，以使簽署《巴黎協(xié)定》的國家能夠實(shí)現其溫室氣體減排目標。

LED可以幫助實(shí)現這一點(diǎn)：住宅LED燈通常為其消耗的每瓦特提供超過(guò)90流明的照明能效(lm/W)，而供應商聲稱(chēng)一些新型號[[5]]為200 lm/W或更多。相比之下，傳統燈泡可能會(huì )達到15 lm/W，鹵素燈25 lm/W，“節能”日光燈通常在55~60 lm/W左右。

對于企業(yè)來(lái)說(shuō)，選擇的燈源通常是日光燈，相對能效在100 lm/W左右。但它所產(chǎn)生的光的質(zhì)量是刺眼的，LED產(chǎn)生的更暖的光通常是大多數人的首選——更新的LED以日光燈一半的電力提供相同數量的光，這是雙贏(yíng)的。

較低的電力消耗也創(chuàng )造了新的機會(huì )，使以前沒(méi)有的電燈成為可能——特別是沒(méi)有主電網(wǎng)的太陽(yáng)能電燈。例如，2010—2017年間，部署了1.3億盞太陽(yáng)能燈，主要在非洲和亞洲。日落后有干凈、安全的照明，這可以大大提高人們的生活質(zhì)量，及孩子能在家學(xué)習。

政府法規加快了在某些地區轉向LED。例如，在歐盟，對于LED燈有最低能效標準，不再允許出售其他能效較低的燈。

3   推動(dòng)高能效

對于住宅和商業(yè)照明，我們需要為我們的LED供電高壓交流電 (AC) 電源。但是LED需要更低的電壓和直流電 (DC) 。為了在恰當的電壓下將交流電轉換為直流電，我們需要適當的驅動(dòng)器和其他電源管理器件-這些不可避免地帶來(lái)了一些低能效，我們顯然希望將其對能效的影響最小化。

根據電流和顏色的不同，LED的正向電壓可能從小于2 V到4.5 V不等。像安森美半導體這樣的公司一直是LED采用的推動(dòng)者，通過(guò)利用他們在電源管理的專(zhuān)知來(lái)開(kāi)發(fā)所需的器件以可靠和高效地驅動(dòng)LED。

例如，安森美半導體的NCL30082是個(gè)LED驅動(dòng)器(如圖2)，設計用于采用交流輸入電源。它包括一個(gè)提供高能效的脈寬調制 (PWM) 電流模式控制器，一種減少所需的外部器件數的新的控制方法。該驅動(dòng)器還支持LED調光。安森美半導體也提供輸入橋整流器和超結MOSFET，完善電源轉換電路，以驅動(dòng)LED。

圖2 NCL30082內部電路架構

同LED驅動(dòng)器一樣，照明應用需要其他器件來(lái)創(chuàng )建一個(gè)完整的系統。這包括傳感器，如檢測環(huán)境光水平，以便LED亮度可以自動(dòng)調整，或檢測到在辦公室有人時(shí)開(kāi)燈。

有些應用中需要的另一個(gè)器件是LED旁路分流器，如安森美半導體的NUD4700。這確保了如果一個(gè)LED失敗，分流可使電流在失效的LED周?chē)鬟^(guò)，使LED串的其余部分保持點(diǎn)亮（如圖3）。

圖3 LED旁路分流最大程度地減小失效LED的影響

4 展望未來(lái)：照明變得更智能

“智能”或“聯(lián)接”照明是又一個(gè)增長(cháng)趨勢，這不僅是因為它為L(cháng)ED燈具供應商提供了一個(gè)機會(huì )來(lái)區分他們的產(chǎn)品，并增加利潤率。更重要的是，它可以通過(guò)自動(dòng)化和用戶(hù)控制而不僅僅是使用LED來(lái)進(jìn)一步節省電力，例如，在一天中的特定時(shí)間自動(dòng)調整照明條件，如在周末關(guān)閉辦公室燈。

燈具可以使用電力線(xiàn)聯(lián)網(wǎng)控制，如行業(yè)標準的KNX^?網(wǎng)絡(luò )，或無(wú)線(xiàn)技術(shù)，如Zigbee^?技術(shù)和藍牙^?技術(shù)。隨著(zhù)LED本身價(jià)格的下降，這些聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的成本近年來(lái)急劇下降，因此智能LED燈泡對于住宅使用變得越來(lái)越負擔得起。

互聯(lián)照明現已成為智能家居和樓宇領(lǐng)域中增長(cháng)潛力最大的領(lǐng)域。隨著(zhù)越來(lái)越多的消費者開(kāi)始在自己的房屋中添加智能家居技術(shù)，包括語(yǔ)音控制助手如Amazon^?Alexa^?語(yǔ)音控制助手，智能照明市場(chǎng)在未來(lái)幾年可能會(huì )快速增長(cháng)。LED可以調光并且顏色可以變化，從而實(shí)現家庭照明的新發(fā)展，使其能對環(huán)境光、一天中的時(shí)間、甚至電視輸出作出響應。安森美半導體的 互聯(lián)照明平臺 是個(gè)模塊化套件，讓工程師能測試配有藍牙技術(shù)、Zigbee技術(shù)或其他無(wú)線(xiàn)技術(shù)的各種LED電源方案。

盡管LED技術(shù)已取得很大進(jìn)展，但預計在未來(lái)幾年內將進(jìn)一步降低功耗，規模經(jīng)濟將繼續推動(dòng)價(jià)格下降。

安森美半導體等供應商一直致力提高住宅、商業(yè)和汽車(chē)應用中LED照明所需的電子產(chǎn)品的能效和性能。無(wú)論用于什么用途，LED照明的創(chuàng )新都說(shuō)明未來(lái)是光明的。