中國大陸led研發(fā)與產(chǎn)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(lián)和并聯(lián)相結(jié)合，于是不可避免地使得并聯(lián)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(qū)動主流發(fā)展方向?！ ⊥诰螂姵貪摿?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(xué)半導(dǎo)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(jīng)過防電流倒灌二極管將太陽能板與蓄電池直接相連，將導(dǎo)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(xué)半導(dǎo)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(shù)，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(diào)光系統(tǒng)靈活調(diào)整光輸出 降低能耗 傳統(tǒng)高壓鈉路燈，只能實現(xiàn)小范圍的調(diào)光控制，比如關(guān)閉一側(cè)或間隔關(guān)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(xiàn)0100%連續(xù)調(diào)光，可根據(jù)環(huán)境光照及交通狀況靈活調(diào)整光輸出，在保證照明質(zhì)量的同時降低不必要的功耗。中山大學(xué)半導(dǎo)體照明系統(tǒng)研究中心開發(fā)的LED路燈的智能調(diào)光系統(tǒng)能方便地控制LED的工作狀態(tài)，并通過改變驅(qū)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(guān)閉燈具內(nèi)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(xué)半導(dǎo)體照明系統(tǒng)研究中心還把Zigbee無線通訊控制技術(shù)應(yīng)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(wǎng)絡(luò)，具有協(xié)議棧簡單緊湊、省電、可靠、時延短、網(wǎng)絡(luò)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(xiàn)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(qū)動下克服pn結(jié)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(fù)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(fù)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(jīng)過芯片本身的半導(dǎo)體介質(zhì)和封裝介質(zhì)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(zhuǎn)化為光能，其余的能量則轉(zhuǎn)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(dǎo)致芯片的溫度升高，引起熱應(yīng)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(jié)的溫升，LED芯片的發(fā)射波長將發(fā)生紅移，導(dǎo)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(dāng)溫度超過一定值時，器件的失效率將呈指數(shù)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(jié)的結(jié)溫在90 ℃以下。當(dāng)多個LED密集陣列或集成封裝時，系統(tǒng)散熱問題更嚴(yán)重。因此解決散熱問題已成為LED路燈的先決條件?！ ∪绾翁岣週ED路燈的散熱能力是LED封裝和LED路燈設(shè)計的核心問題。LED路燈散熱問題分為芯片pn結(jié)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(gòu)成了熱傳導(dǎo)的通道。針對LED的散熱難題，中山大學(xué)半導(dǎo)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(shè)計?！ ⌒酒琾n結(jié)到外延層的散熱：在氮化鎵材料的生長過程中，改進材料結(jié)構(gòu)，優(yōu)化生長參數(shù)，獲得高質(zhì)量的外延片，提高器件內(nèi)量子效率，從根本上減少熱量的產(chǎn)生，加快芯片pn結(jié)到外延層的熱傳導(dǎo)。 外延層到封裝基板的散熱：在芯片封裝上，采用倒裝芯片結(jié)構(gòu)、共晶焊封裝（圖4）、金屬線路板結(jié)構(gòu)。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(fù)合金屬基板等導(dǎo)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(chǎn)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(xué)半導(dǎo)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(chǎn)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(dǎo)和降低熱阻（圖5）；在LED路燈的腔體中產(chǎn)生人工強制對流的方式來加強對流散熱?！ 【C上所述，引導(dǎo)LED路燈發(fā)展的技術(shù)支撐將體現(xiàn)在基于共晶焊技術(shù)的大功率集成封裝光源模組方式；一次光學(xué)透鏡；高顯色指數(shù)和色溫可調(diào)的白光智能控制系統(tǒng)；長壽命驅(qū)動電源； LED路燈結(jié)溫智能控制系統(tǒng)； Zigbee無線通訊控制技術(shù)；基于熱管技術(shù)的系統(tǒng)散熱和熱管理控制系統(tǒng)等幾個方面。 隨著能源價格的高企、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(guān)注。目前，LED在路燈照明和室內(nèi)照明等普通照明領(lǐng)域的應(yīng)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(xiàn)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(chǎn)值將達上千億元。14 /
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