中國大陸led研發(fā)與產業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略思考-資料下載頁
2025-06-23 07:38本頁面
【正文】 幾十到上百個，所以后端LED要考慮串聯和并聯相結合，于是不可避免地使得并聯各路電流不一致。目前，這兩種方式的電源并存。多路恒流輸出的方式，在性能以及可靠性方面較好，將會是以后LED路燈電源驅動主流發(fā)展方向。 挖掘電池潛力 延長太陽能路燈壽命 隨著太陽能這一新能源的發(fā)展，各地的太陽能LED路燈也逐漸興起，太陽能電池的低壓直流、長壽命的特點正好與LED相匹配。但是太陽能LED路燈系統(tǒng)中依然存在壽命瓶頸，就是鉛酸蓄電池。一般的鉛酸蓄電池的壽命為500個充電循環(huán)，大概在2年左右，約5000小時。中山大學半導體照明系統(tǒng)研究中心開發(fā)的智能充放電智能控制器，可以使得鉛酸蓄電池的壽命達到1500次循環(huán)。 傳統(tǒng)的太陽能路燈充電系統(tǒng)中，通常經過防電流倒灌二極管將太陽能板與蓄電池直接相連，將導致太陽能板的工作點偏移最大功率點(Maxim Power Point，簡稱MPP)而未有效利用太陽能板的可輸出功率，同時容易使蓄電池因供能不足而長期處于欠充滿狀態(tài)，造成壽命縮減。中山大學半導體照明系統(tǒng)研究中心開發(fā)的太陽能LED路燈系統(tǒng)利用太陽追蹤(Sun Tracking)和最大功率追蹤(MPP Tracking，即MPPT)技術，可使太陽電池的輸出穩(wěn)定在MPP附近，從而有效利用了太陽能板可輸出的最大功率。 智能調光系統(tǒng)靈活調整光輸出 降低能耗 傳統(tǒng)高壓鈉路燈，只能實現小范圍的調光控制，比如關閉一側或間隔關閉路燈，不可避免地帶來照明形態(tài)的改變，容易造成安全隱患。LED路燈則可實現0100%連續(xù)調光，可根據環(huán)境光照及交通狀況靈活調整光輸出，在保證照明質量的同時降低不必要的功耗。中山大學半導體照明系統(tǒng)研究中心開發(fā)的LED路燈的智能調光系統(tǒng)能方便地控制LED的工作狀態(tài)，并通過改變驅動電流來控制其亮度。比如在進入下半夜后，通過降低整燈電流或關閉燈具內部分LED發(fā)光組件來達到低功率運行，達到節(jié)能的效果?！ ≈猩酱髮W半導體照明系統(tǒng)研究中心還把Zigbee無線通訊控制技術應用在LED路燈系統(tǒng)上。Zigbee無線控制系統(tǒng)的出發(fā)點是希望能發(fā)展一種容易布建的低成本無線網絡，具有協議棧簡單緊湊、省電、可靠、時延短、網絡容量大等特點（圖3）。Zigbee收發(fā)模塊集成在每一個LED路燈上，并通過接力的方式，把所有的信息匯集在終端上，從而實現在終端對每個LED路燈的運行情況進行有效的監(jiān)控，發(fā)揮系統(tǒng)控制、故障排除和防盜的功能?！ ∩帷 ?yōu)化散熱和熱管理控制系統(tǒng) LED在正向電壓下，電子在電場的驅動下克服pn結的電場，由n區(qū)躍遷到p區(qū)并與p區(qū)的空穴發(fā)生復合。由于躍遷到p區(qū)的自由電子具有高于p區(qū)價電子的能量，復合時電子回到低能量態(tài)，多余的能量以光子的形式釋放，輻射出來的光還需經過芯片本身的半導體介質和封裝介質才能抵達外界?！ 【C合考慮電流注入效率、輻射發(fā)光量子效率、芯片外部光萃取效率等因素，對于100 lm/W的LED只有約30％的電能轉化為光能，其余的能量則轉化為熱能，使LED芯片溫度升高。對于LED芯片，如果熱量不能有效散出，會導致芯片的溫度升高，引起熱應力的非均勻分布、芯片發(fā)光效率和熒光粉效率下降?！ ‰S著pn結的溫升，LED芯片的發(fā)射波長將發(fā)生紅移，導致YAG熒光粉激發(fā)效率下降，總的發(fā)光強度降低，白光色度漂移。當溫度超過一定值時，器件的失效率將呈指數規(guī)律攀升。器件溫度每上升2℃，可靠性將下降10％。為了保證器件的壽命，一般要求pn結的結溫在90 ℃以下。當多個LED密集陣列或集成封裝時，系統(tǒng)散熱問題更嚴重。因此解決散熱問題已成為LED路燈的先決條件。 如何提高LED路燈的散熱能力是LED封裝和LED路燈設計的核心問題。LED路燈散熱問題分為芯片pn結到外延層；外延層到封裝基板；封裝基板到外界環(huán)境三個層次。這三個環(huán)節(jié)構成了熱傳導的通道。針對LED的散熱難題，中山大學半導體照明系統(tǒng)研究中心分別以下各個層面對散熱和熱管理系統(tǒng)進行了優(yōu)化設計?！ ⌒酒琾n結到外延層的散熱：在氮化鎵材料的生長過程中，改進材料結構，優(yōu)化生長參數，獲得高質量的外延片，提高器件內量子效率，從根本上減少熱量的產生，加快芯片pn結到外延層的熱傳導?！ ⊥庋訉拥椒庋b基板的散熱：在芯片封裝上，采用倒裝芯片結構、共晶焊封裝（圖4）、金屬線路板結構。在器件封裝上，選擇合適的基板材料，比如金屬印刷電路板(MCPCB)、陶瓷、復合金屬基板等導熱性能好的封裝基板，以加快熱量從外延層向封裝基板散發(fā)?！ 》庋b基板到外界環(huán)境的散熱：目前的LED路燈一般是將大功率白光LED通過回流焊的方式陣列焊接在金屬封裝基板上，然后再把金屬封裝基板緊密安裝在大體積的鋁、銅材料的散熱翅片上。大功率白光LED產生的熱量通過金屬封裝基板傳遞到散熱翅片上，利用自然對流或人為強制對流的方式達到散熱的目的?！ ≈猩酱髮W半導體照明系統(tǒng)研究中心針對大功率集成封裝光源模組的熱量大而集中的特點，將大功率集成封裝光源模組安裝在均溫板上，利用均溫板的快速擴散熱量的性能將LED產生的熱量快速橫向擴散；在散熱翅片部分還采用熱管（直型熱管、回路熱管和脈沖熱管）來降低加強熱傳導和降低熱阻（圖5）；在LED路燈的腔體中產生人工強制對流的方式來加強對流散熱?！ 【C上所述，引導LED路燈發(fā)展的技術支撐將體現在基于共晶焊技術的大功率集成封裝光源模組方式；一次光學透鏡；高顯色指數和色溫可調的白光智能控制系統(tǒng)；長壽命驅動電源； LED路燈結溫智能控制系統(tǒng)； Zigbee無線通訊控制技術；基于熱管技術的系統(tǒng)散熱和熱管理控制系統(tǒng)等幾個方面?！ ‰S著能源價格的高企、能源危機的加劇和人類環(huán)保意識的提高，LED照明憑借其節(jié)能和環(huán)保的特點受到了越來越大的關注。目前，LED在路燈照明和室內照明等普通照明領域的應用剛處于起步階段，受2008年北京奧運會和2010年上海世博會的推動，大功率白光LED的發(fā)光效率即將突破150 lm/W將是LED進入普通照明的絕佳時機，隨著單位流明價格的降低，LED路燈將全面取代現有的傳統(tǒng)路燈。屆時，全球的LED路燈的需求將達上億只，僅中國的需求就要達到上千萬只，產值將達上千億元。14 /
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