LED照明电路技术与市场分析
近年来，节能环保已然是当今时代的重要主题。LED凭借其环保，寿命长，高光视效率等许多优点，被推到了照明市场的最前沿。LED照明技术在最近的几年里发展迅猛，传统照明效率低、能耗高的缺点又无法改善，如果LED照明能够替代当前的传统照明，毫无疑问，这将在缓解当前能源短缺和环境恶化的问题上发挥决定性的作用。
本文首先介绍了LED的发展历程及其优点，随后阐述了LED照明的发展现状和应用前景；接着对国内外LED照明市场和LED照明灯具的能耗做了具体的市场分析。最后围绕LED 驱动电路进行了分类阐述，并具体分析了通过DC/DC变化控制方式驱动LED电路结构。 M000120
关键词：LED照明 驱动电路 市场分析
LED lighting circuit technology and market analysis
In recent years, energy-saving and environmental protection has become a major theme of the present era. Due to LED has many advantages, such as environmental protection, long life, high efficiency photovoltaic,it has been pushed to the forefront of the lighting market, and become the focus of the lighting areas of concern. In recent years, LED lighting technology has developed rapidly, Traditional lighting has low efficiency, high energy consumption shortcomings, which can not be improved. If LED lighting can replace the currently used traditional lighting, which is low efficiency and high energy consumption, undoubtly, it will play a decisive role to alleviate the worsening of the current energy shortages and environmental problems.
This paper first describes the development process and advantages of LED,and also describes the present situation and future prospects of the development of LED lighting.Then I do a specific market analysis about the domestic and abroad LED lighting market and power consumption of LED lamps.Finally, I introduced the LED driver circuit by classification ,and specifically analyzed the LED driver circuit structure by DC / DC mode.
Key Words: LED driver; Lighting circuits; Market analysis
目 录 查看完整请+Q:351916072获取
1 绪论 1
1.1 LED的发展历程 1
1.2 LED照明的优点 2
1.3 LED照明发展现状及前景 3
1.3.1 LED发展现状 3
1.3.2 LED应用前景 4
2 照明LED的市场分析 6
2.1.全球LED照明产业发展 6
2.1.1 全球LED照明发展状况 6
2.1.2 LED照明产品的生产状况 7
2.2 中国LED照明市场分析 8
2.2.1 LED 路灯与传统路灯比较分析 8
2.2.2 LED室内照明与传统室内照明灯能耗分析 10
3 LED照明驱动的结构分析 12
3.1基于电阻限流的LED驱动器 12
3.2基于线性电源的驱动器 13
3.2.1电压调节器 13
3.2.2恒流电路 13
3.2.3线性电源的优缺点 14
3.3 DC/DC变换控制的大功率驱动 14
3.3.1降压式变换器的基本原理 14
3.3.2升压式变换器的基本原理 16
3.3.3降压/升压式变换器的基本原理 17
结语 19
参考文献 20
致谢 22
1 绪论
1.1 LED的发展历程
半导体固体照明被认为是继火光照明、白炽灯照明、荧光灯照明之后的第四代照明器件，可以肯定的说，这是在人类照明史上的又一次飞跃。从本质上讲，照明史的发展就是人类提高照明效率的过程[1]。
在一个世纪前的1907年，Henry Joseph Round(英国Marconi公司)发表了史上第一份半导体材料发光效应的报告，但由于发出的黄光偏暗，因此不能投入实际应用，所以该项研究工作最终被摒弃了。后来到了二十世纪中叶，一位英国的科学家在电致发光实验过程中，首次使用半导体砷化镓材料并发明了首支具有现代意义的LED。
1965年，全球首款商用LED面世，它是采用锗材料制作的，惠普公司与孟山都公司在此之后也相继推出了用砷化镓材料制造的LED。早期的LED产品性能较差，光通量只有千分之几的流明，通过利用氮掺杂工艺也只能使光视效能达到1lm/W左右，而且只能够发出红色、黄色和橙色光，应用领域比较小。
二十世纪八十年代，科学家们研制出了铝砷化镓LED，这是一次重大的技术突破，它能发出10lm/W的红光。由此，LED应用领域扩展到了信号灯以及室外各种信息的发布。
在此之后，LED技术发展迅速。从1968年只能发出0.001 lm的红光，到如今亮度超过100 lm的商用高亮度白光LED，每隔一两年LED技术就会更新换代。最近，通过将6个LED结做在一个芯片上，实现了LED亮度值达到了1100 lm的记录。与以往发展趋势相比，这算得上是一次革命。过去30年间，单个器件的光通量大约每过18-24个月就增加1倍，每十年增加20倍。同时单个器件的价格以每十年降低为原来的十分之一的迅速下降[2]。为了纪念该成果的发现者Roland Haitz，人们因此将这条规律称为“Haitz规律”。
LED技术的发展距今已有50多年了，随着近年来需求的增加和技术的进步，发展颇为迅速的白光LED有了新的突破，效率高、高亮度的LED照明产品被逐渐开发出来，这些都加快了LED照明产品进入家庭照明的步伐。LED照明产品凭借它环保，寿命长，高光电效率等许多优点，成为了当前照明市场的最前沿；假设LED照明能够替代当下能耗高，效率低下的传统照明，可以确定的是，这将在缓解当前能源短缺和环境恶化等问题上发挥着决定性的作用。
1.2 LED照明的优点
LED照明凭借环保，寿命长，高光电效率等优势，迅速成为照明市场的热点；再加上LED照明技术在最近的几年里发展迅猛，LED照明终有一天会取代目前使用的传统照明。如表1所示，LED照明灯与传统照明性能方面的比较。
表1 LED灯与传统照明性能比较
名称 使用寿命(小时) 耗电量(瓦) 可靠性 工作电压(伏特) 发热量 协调控制
金属卤素灯 3000 100 低 220 极高 不易
霓虹灯 3000 500 宜室内 较高 高 高
镁氖灯 6000 16W／m 较好 220 较高 较好
日光灯名称
耗电量(w)
工作电压(V)
协调控制
发热量
可靠性
使用寿命(h)
冷阴极
15W／m
需逆变
较好
较好
较低
10000
钨丝灯
15-200
220
高
高
低
3000
节能灯
3～150
2202
不宜调光
低
低
5000
LED灯
极低
12～36
多种形式
极低
极高
10万
日光灯 500-8000 4～100 低 220 较高 不易
冷阴极 10000 15W／m 较低 需逆变 较好 较好
钨丝灯 3000 15-200 低 220 高 高
节能灯 5000 3～150 低 2202 低 不宜调光
LED灯 10万 极低 极高 12～36 极低 多种形式
结合上表我们可以总结出LED的优点如下：
（一）节能、减少环境污染。LED灯的特性主要为：亮度很高、电压要求低以及电流小。一个功率为35W-150W的白炽灯发出的光能才能与一个功率为11W左右的LED光源发出的光能相同。在同等照明效果的情况下，LED节能是传统光源的85%左右[3]。伴随着技术的进步与发展，LED的能耗将越来越低，有望成为一种新型的节能照明光源。如今，白光LED的发光效率比普通白炽灯高的多，达到了25 lm/W；此外LED还具有较窄的光谱、良好的单色性的特性。LED发出的所有的光几乎都可被利用，可直接传播出色光。LED照明产品不含汞，对环境近乎零污染。
（二）寿命长。由于是通过固态半导体芯片使电能转为光能，其封装是采用环氧树脂材料包裹，体内能够做到密集紧致，不易受到外部撞击而损坏。此外LED无传统照明灯丝发光易烧、光衰等缺点，能在-30℃—+50℃环境下正常工作。LED的寿命可达10万小时，是普通白炽灯的100倍。LED的照明时间可超过2万小时，以工作12小时/天计算，其寿命也能超过5年。
（三）光色单纯且光色多。LED照明利用三基色原理，在计算机技术控制下使三种颜色具有256级灰度并任意组合[4]。其可选择光色有白色光或者彩色光，另外可依据需求制造出多种色彩变换的灯饰。
（四）发光响应速度快。相比于荧光灯发光响应时间的0.1ms，LED响应时间是纳秒级的，可以达到即开即亮的效果，人的肉眼感受就是毫无延迟。
（五）运行成本低。一方面，传统光源的能耗是LED光源的2-10倍，且经常存在因灯泡故障需要维修更换，这又增加了维护成本。另一方面，投入使用的光源数与其管理和维护成本呈正比，即投入越多成本越高。从长远的经济视角来看，使用LED光源远优于传统光源[5]。
虽然LED光源在很多方面优于传统光源，但也有一些缺点，比如功率不够高、散热要求高、参数离散型、保护电路设计等，也是当前亟待研究和解决的问题。
1.3 LED照明发展现状及前景
1.3.1 LED发展现状
从目前全球的布局来看，美国、欧洲、亚洲三大区域将LED照明产业三分天下，形成了三足鼎立的产业分布和竞争格局[6]。其中亚洲主要是以日本和中国发展较为迅速，然而美、欧、日凭借在LED产业的先进研发技术和创新优势，一直致力于高附加值LED照明产品的研发，而我国LED产业相比起步较晚，于上世纪七十年代才开始发展，到九十年代初LED半导体照明产业还处于萌芽阶段。因此从整体上的比较来看，我国的LED产业和其他国家相比还有很大的差距。另一方面，在全球淘汰白炽灯浪潮背景下，LED照明方向的研制在其他国家也逐渐发展起来。
从LED产业链的角度来看，经过近四十年的发展，我国LED产业已经有了很大的提升，基本形成了一条较为完整的产业链，其中包含LED芯片的制备、LED外延片的生产、LED产品的应用和LED芯片的封装。并在金融危机的国际环境下始终保持着高速发展，为我国的GDP的增长做出了贡献。查看完整请+Q:351916072获取
本文首先介绍了LED的发展历程及其优点，随后阐述了LED照明的发展现状和应用前景；接着对国内外LED照明市场和LED照明灯具的能耗做了具体的市场分析。最后围绕LED 驱动电路进行了分类阐述，并具体分析了通过DC/DC变化控制方式驱动LED电路结构。 M000120
关键词：LED照明 驱动电路 市场分析
LED lighting circuit technology and market analysis
In recent years, energy-saving and environmental protection has become a major theme of the present era. Due to LED has many advantages, such as environmental protection, long life, high efficiency photovoltaic,it has been pushed to the forefront of the lighting market, and become the focus of the lighting areas of concern. In recent years, LED lighting technology has developed rapidly, Traditional lighting has low efficiency, high energy consumption shortcomings, which can not be improved. If LED lighting can replace the currently used traditional lighting, which is low efficiency and high energy consumption, undoubtly, it will play a decisive role to alleviate the worsening of the current energy shortages and environmental problems.
This paper first describes the development process and advantages of LED,and also describes the present situation and future prospects of the development of LED lighting.Then I do a specific market analysis about the domestic and abroad LED lighting market and power consumption of LED lamps.Finally, I introduced the LED driver circuit by classification ,and specifically analyzed the LED driver circuit structure by DC / DC mode.
Key Words: LED driver; Lighting circuits; Market analysis
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1 绪论 1
1.1 LED的发展历程 1
1.2 LED照明的优点 2
1.3 LED照明发展现状及前景 3
1.3.1 LED发展现状 3
1.3.2 LED应用前景 4
2 照明LED的市场分析 6
2.1.全球LED照明产业发展 6
2.1.1 全球LED照明发展状况 6
2.1.2 LED照明产品的生产状况 7
2.2 中国LED照明市场分析 8
2.2.1 LED 路灯与传统路灯比较分析 8
2.2.2 LED室内照明与传统室内照明灯能耗分析 10
3 LED照明驱动的结构分析 12
3.1基于电阻限流的LED驱动器 12
3.2基于线性电源的驱动器 13
3.2.1电压调节器 13
3.2.2恒流电路 13
3.2.3线性电源的优缺点 14
3.3 DC/DC变换控制的大功率驱动 14
3.3.1降压式变换器的基本原理 14
3.3.2升压式变换器的基本原理 16
3.3.3降压/升压式变换器的基本原理 17
结语 19
参考文献 20
致谢 22
1 绪论
1.1 LED的发展历程
半导体固体照明被认为是继火光照明、白炽灯照明、荧光灯照明之后的第四代照明器件，可以肯定的说，这是在人类照明史上的又一次飞跃。从本质上讲，照明史的发展就是人类提高照明效率的过程[1]。
在一个世纪前的1907年，Henry Joseph Round(英国Marconi公司)发表了史上第一份半导体材料发光效应的报告，但由于发出的黄光偏暗，因此不能投入实际应用，所以该项研究工作最终被摒弃了。后来到了二十世纪中叶，一位英国的科学家在电致发光实验过程中，首次使用半导体砷化镓材料并发明了首支具有现代意义的LED。
1965年，全球首款商用LED面世，它是采用锗材料制作的，惠普公司与孟山都公司在此之后也相继推出了用砷化镓材料制造的LED。早期的LED产品性能较差，光通量只有千分之几的流明，通过利用氮掺杂工艺也只能使光视效能达到1lm/W左右，而且只能够发出红色、黄色和橙色光，应用领域比较小。
二十世纪八十年代，科学家们研制出了铝砷化镓LED，这是一次重大的技术突破，它能发出10lm/W的红光。由此，LED应用领域扩展到了信号灯以及室外各种信息的发布。
在此之后，LED技术发展迅速。从1968年只能发出0.001 lm的红光，到如今亮度超过100 lm的商用高亮度白光LED，每隔一两年LED技术就会更新换代。最近，通过将6个LED结做在一个芯片上，实现了LED亮度值达到了1100 lm的记录。与以往发展趋势相比，这算得上是一次革命。过去30年间，单个器件的光通量大约每过18-24个月就增加1倍，每十年增加20倍。同时单个器件的价格以每十年降低为原来的十分之一的迅速下降[2]。为了纪念该成果的发现者Roland Haitz，人们因此将这条规律称为“Haitz规律”。
LED技术的发展距今已有50多年了，随着近年来需求的增加和技术的进步，发展颇为迅速的白光LED有了新的突破，效率高、高亮度的LED照明产品被逐渐开发出来，这些都加快了LED照明产品进入家庭照明的步伐。LED照明产品凭借它环保，寿命长，高光电效率等许多优点，成为了当前照明市场的最前沿；假设LED照明能够替代当下能耗高，效率低下的传统照明，可以确定的是，这将在缓解当前能源短缺和环境恶化等问题上发挥着决定性的作用。
1.2 LED照明的优点
LED照明凭借环保，寿命长，高光电效率等优势，迅速成为照明市场的热点；再加上LED照明技术在最近的几年里发展迅猛，LED照明终有一天会取代目前使用的传统照明。如表1所示，LED照明灯与传统照明性能方面的比较。
表1 LED灯与传统照明性能比较
名称 使用寿命(小时) 耗电量(瓦) 可靠性 工作电压(伏特) 发热量 协调控制
金属卤素灯 3000 100 低 220 极高 不易
霓虹灯 3000 500 宜室内 较高 高 高
镁氖灯 6000 16W／m 较好 220 较高 较好
日光灯名称
耗电量(w)
工作电压(V)
协调控制
发热量
可靠性
使用寿命(h)
冷阴极
15W／m
需逆变
较好
较好
较低
10000
钨丝灯
15-200
220
高
高
低
3000
节能灯
3～150
2202
不宜调光
低
低
5000
LED灯
极低
12～36
多种形式
极低
极高
10万
日光灯 500-8000 4～100 低 220 较高 不易
冷阴极 10000 15W／m 较低 需逆变 较好 较好
钨丝灯 3000 15-200 低 220 高 高
节能灯 5000 3～150 低 2202 低 不宜调光
LED灯 10万 极低 极高 12～36 极低 多种形式
结合上表我们可以总结出LED的优点如下：
（一）节能、减少环境污染。LED灯的特性主要为：亮度很高、电压要求低以及电流小。一个功率为35W-150W的白炽灯发出的光能才能与一个功率为11W左右的LED光源发出的光能相同。在同等照明效果的情况下，LED节能是传统光源的85%左右[3]。伴随着技术的进步与发展，LED的能耗将越来越低，有望成为一种新型的节能照明光源。如今，白光LED的发光效率比普通白炽灯高的多，达到了25 lm/W；此外LED还具有较窄的光谱、良好的单色性的特性。LED发出的所有的光几乎都可被利用，可直接传播出色光。LED照明产品不含汞，对环境近乎零污染。
（二）寿命长。由于是通过固态半导体芯片使电能转为光能，其封装是采用环氧树脂材料包裹，体内能够做到密集紧致，不易受到外部撞击而损坏。此外LED无传统照明灯丝发光易烧、光衰等缺点，能在-30℃—+50℃环境下正常工作。LED的寿命可达10万小时，是普通白炽灯的100倍。LED的照明时间可超过2万小时，以工作12小时/天计算，其寿命也能超过5年。
（三）光色单纯且光色多。LED照明利用三基色原理，在计算机技术控制下使三种颜色具有256级灰度并任意组合[4]。其可选择光色有白色光或者彩色光，另外可依据需求制造出多种色彩变换的灯饰。
（四）发光响应速度快。相比于荧光灯发光响应时间的0.1ms，LED响应时间是纳秒级的，可以达到即开即亮的效果，人的肉眼感受就是毫无延迟。
（五）运行成本低。一方面，传统光源的能耗是LED光源的2-10倍，且经常存在因灯泡故障需要维修更换，这又增加了维护成本。另一方面，投入使用的光源数与其管理和维护成本呈正比，即投入越多成本越高。从长远的经济视角来看，使用LED光源远优于传统光源[5]。
虽然LED光源在很多方面优于传统光源，但也有一些缺点，比如功率不够高、散热要求高、参数离散型、保护电路设计等，也是当前亟待研究和解决的问题。
1.3 LED照明发展现状及前景
1.3.1 LED发展现状
从目前全球的布局来看，美国、欧洲、亚洲三大区域将LED照明产业三分天下，形成了三足鼎立的产业分布和竞争格局[6]。其中亚洲主要是以日本和中国发展较为迅速，然而美、欧、日凭借在LED产业的先进研发技术和创新优势，一直致力于高附加值LED照明产品的研发，而我国LED产业相比起步较晚，于上世纪七十年代才开始发展，到九十年代初LED半导体照明产业还处于萌芽阶段。因此从整体上的比较来看，我国的LED产业和其他国家相比还有很大的差距。另一方面，在全球淘汰白炽灯浪潮背景下，LED照明方向的研制在其他国家也逐渐发展起来。
从LED产业链的角度来看，经过近四十年的发展，我国LED产业已经有了很大的提升，基本形成了一条较为完整的产业链，其中包含LED芯片的制备、LED外延片的生产、LED产品的应用和LED芯片的封装。并在金融危机的国际环境下始终保持着高速发展，为我国的GDP的增长做出了贡献。查看完整请+Q:351916072获取
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