淺析：智能LED照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)

導(dǎo)讀：隨著led 技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及無線通信技術(shù)的發(fā)展，LED照明顆粒以其無污染、壽命長、指向性好及便于運(yùn)輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)逐步發(fā)展到商業(yè)化階段。由于我國LED 產(chǎn)業(yè)發(fā)展的不均衡以及部分相關(guān)工程人員LED專業(yè)知識的欠缺，致使盲目使用LED 照明顆粒以及LED 照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)的不合理現(xiàn)象的出現(xiàn)。

隨著我國對于半導(dǎo)體照明技術(shù)的逐步重視，2003 年6 月國家半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)工程正式啟動，2007 年12月科技部和國家外國專家局聯(lián)合批準(zhǔn)了33家單位建立國家級國際聯(lián)合研究中心，中科院半導(dǎo)體所成為其中的“國家級半導(dǎo)體照明國際聯(lián)合研究中心”。直至2008 年7月，國家半導(dǎo)體照明工程協(xié)調(diào)領(lǐng)導(dǎo)小組第六次工作會議的圓滿結(jié)束都說明了半導(dǎo)體照明技術(shù)的研究和應(yīng)用對于進(jìn)一步落實(shí)《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》有著重大意義，同時也為照明技術(shù)的發(fā)展指明了方向。

2009 年10 月12日，國家發(fā)改委、科技部、工業(yè)和信息化部等六部委聯(lián)合制定《半導(dǎo)體照明節(jié)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展意見》，提出“到2015年，半導(dǎo)體照明節(jié)能產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值年均增長率在30%左右，產(chǎn)品市場占有率逐年提高，功能性照明達(dá)到20%左右，景觀裝飾等產(chǎn)品市場占有率達(dá)到70%以上”等目標(biāo)。特別是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及智能電網(wǎng)等綜合感知節(jié)能減排控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)踐，使得面向節(jié)能型的智能LED照明控制系統(tǒng)應(yīng)用于智能樓宇、智能電器及交通照明等領(lǐng)域。北京2008 年第29 屆奧運(yùn)會和2010年上海世博會對LED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展做出了完美的詮釋，如圖1、圖2 所示。我國2008年LED 路燈數(shù)量為60 萬盞，預(yù)計(jì)2011 年將快速增長至500萬盞，年復(fù)合增長率將達(dá)到102. 7%。預(yù)計(jì)至2013 年，中國LED照明市場應(yīng)用于路燈的LED 市場規(guī)模年均復(fù)合增長率將達(dá)到38.8%，用于景觀照明的LED 市場規(guī)模年均復(fù)合增長率將達(dá)到21. 7%。

一、LED 照明顆粒原理及特點(diǎn)

LED 即發(fā)光二極管，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。LED的核心結(jié)構(gòu)是一個半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端附在支架上，一端為負(fù)極，另一端連接電源的正極，并將整個晶片用環(huán)氧樹脂( 膠)封裝起來。

圖1 LED 結(jié)構(gòu)示意圖

LED 結(jié)構(gòu)如圖1 所示，基本結(jié)構(gòu)包括： 環(huán)氧樹脂、晶片、金線、銀膠及支架。環(huán)氧樹脂的作用是保護(hù)LED的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，添加不同材料或塑造形狀可改變LED 發(fā)光二極管的發(fā)光顏色、亮度及角度。晶片是LED的主要組成材料，半導(dǎo)體晶片由兩部分組成： 一部分是P 型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位; 另一部分是N型半導(dǎo)體，在此處主要是電子。

當(dāng)這兩種半導(dǎo)體連接起來的時候，它們之間就形成一個“P - N 結(jié)”。當(dāng)電流通過導(dǎo)線作用于這個晶片的時候，電子就會被推向P區(qū)只能led照明，在P 區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會以光子的形式發(fā)出能量，而光的波長也就是光的顏色是由形成“P - N 結(jié)”的材料決定的。LED中金線用于連接晶片焊墊( PAD) 與支架，并使其能夠?qū)? 銀膠起到固定晶片和導(dǎo)電作用; 支架是由支架素材經(jīng)過電鍍而形成。

LED相對于白熾燈、熒光燈等傳統(tǒng)光源的優(yōu)勢不僅體現(xiàn)在發(fā)光質(zhì)量方面，在其生產(chǎn)、制造及易用性方面都大大得到改善。相對于老一代發(fā)光設(shè)備，LED的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1，LED為環(huán)氧樹脂包裹結(jié)構(gòu)，同時元器件封裝體積一般較小，無需考慮將燈管內(nèi)部空氣抽取再注入惰性氣體，因此在抗振動、抗沖擊性方面具有良好的性能，為生產(chǎn)、運(yùn)輸及安裝等各個環(huán)節(jié)提供便利。

2，LED 的光線能量集中度高，指向性好，集中在較小的波長窗口內(nèi)，純度高，亮度衰減比傳統(tǒng)光源低很多。

3，LED器件屬于固體冷光源，由于環(huán)氧樹脂封裝使得燈體內(nèi)部沒有易于松動的結(jié)構(gòu)，不存在燈絲發(fā)光易燒毀、熱沉積等缺點(diǎn)，普遍使用壽命在5 萬～ 10萬h 之間，即使頻繁開關(guān)也不會影響到使用壽命。