智能LED照明系统设计流程探讨

　　随着LED 技术、物联网技术及无线通信技术的发展，LED 照明颗粒以其无污染、寿命长、指向性好及便于运输等优点逐步发展到商业化阶段。由于我国LED 产业发展的不均衡以及部分相关工程人员LED 专业知识的欠缺，致使盲目使用LED 照明颗粒以及LED 照明系统设计的不合理现象的出现。从LED 照明颗粒原理及特点入手，结合工程实践经验讨论了LED 照明系统设计流程及注意事项，给出了解决相应问题的建议。

　　随着我国对于半导体照明技术的逐步重视，2003 年6 月国家半导体照明产业工程正式启动，2007 年12 月科技部和国家外国专家局联合批准了33 家单位建立国家级国际联合研究中心，中科院半导体所成为其中的“国家级半导体照明国际联合研究中心”。直至2008 年7 月，国家半导体照明工程协调领导小组第六次工作会议的圆满结束都说明了半导体照明技术的研究和应用对于进一步落实《国家中长期科学和技术发展规划纲要》有着重大意义，同时也为照明技术的发展指明了方向。

　　2009 年10 月12 日，国家发改委、科技部、工业和信息化部等六部委联合制定《半导体照明节能产业发展意见》，提出“到2015 年，半导体照明节能产业产值年均增长率在30% 左右，产品市场占有率逐年提高，功能性照明达到20%左右，景观装饰等产品市场占有率达到70% 以上”等目标。特别是物联网技术、无线传感器网络技术及智能电网等综合感知节能减排控制系统应用实践，使得面向节能型的智能LED 照明控制系统应用于智能楼宇、智能电器及交通照明等领域。北京2008 年第29 届奥运会和2010年上海世博会对LED 产业的发展做出了完美的诠释，如图1、图2 所示。我国2008年LED 路灯数量为60 万盏，预计2011 年将快速增长至500 万盏，年复合增长率将达到102. 7%。预计至2013 年，中国LED照明市场应用于路灯的LED 市场规模年均复合增长率将达到38. 8%，用于景观照明的LED 市场规模年均复合增长率将达到21. 7%。

　　

　　一、LED 照明颗粒原理及特点

　　LED 即发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED 的核心结构是一个半导体的晶片，晶片的一端附在支架上，一端为负极，另一端连接电源的正极，并将整个晶片用环氧树脂（ 胶） 封装起来。

　　

　　图3 LED 结构示意图

　　LED 结构如图3 所示，基本结构包括： 环氧树脂、晶片、金线、银胶及支架。环氧树脂的作用是保护LED 的内部结构，添加不同材料或塑造形状可改变LED 发光二极管的发光颜色、亮度及角度。晶片是LED 的主要组成材料，半导体晶片由两部分组成： 一部分是P 型半导体，在它里面空穴占主导地位； 另一部分是N 型半导体，在此处主要是电子。

　　当这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个“P － N 结”。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P 区，在P 区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，而光的波长也就是光的颜色是由形成“P － N 结”的材料决定的。LED 中金线用于连接晶片焊垫（ PAD） 与支架，并使其能够导通； 银胶起到固定晶片和导电作用； 支架是由支架素材经过电镀而形成。

　　LED 相对于白炽灯、荧光灯等传统光源的优势不仅体现在发光质量方面，在其生产、制造及易用性方面都大大得到改善。相对于老一代发光设备，LED 的特点主要体现在以下几个方面：

　　1） LED 为环氧树脂包裹结构，同时元器件封装体积一般较小，无需考虑将灯管内部空气抽取再注入惰性气体，因此在抗振动、抗冲击性方面具有良好的性能，为生产、运输及安装等各个环节提供便利。

　　2） LED 的光线能量集中度高，指向性好，集中在较小的波长窗口内，纯度高，亮度衰减比传统光源低很多。

　　3） LED 器件属于固体冷光源，由于环氧树脂封装使得灯体内部没有易于松动的结构，不存在灯丝发光易烧毁、热沉积等缺点，普遍使用寿命在5 万～ 10 万h 之间，即使频繁开关也不会影响到使用寿命。

　　4） LED 在生产过程中不添加“汞”，废弃物可回收，光谱中没有紫外线和红外线，热量低并且无频闪、无辐射，可以安全触摸，属于典型的绿色照明光源。

　　5） LED 响应时间非常快，在微秒级别。

　　6） LED 使用低压直流电源即可驱动，超低功耗（ 单管功率为0. 03 ～ 1 W） ，对使用环境要求较低。

　　7） LED 可利用红、绿及蓝三基色原理，在计算机技术控制下使三种颜色具有256 级灰度并任意混合，即可产生16 777 216 种颜色，形成不同光色的组合，实现丰富多彩的动态变化效果及各种图像。