LED照明应用比例上升，开启绿色建筑新时代
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恩智浦半导体(上海)有限公司大中华区照明产品市场经理张伟超
建筑照明通常所涉及到的LED灯具类型较为多样，包括轮廓照明常用的LED光带、LED数码管；墙面照明常用的LED投光灯、泛光灯、崁灯、洗墙灯；结合古建筑造型的LED瓦塄灯；广场水池、喷泉用的水中灯；地埋灯、草坪灯；以及各种室内灯具等等。在全球各国政府大力倡导绿色建筑的前提下，LED照明所带来的节能优势日益受到重视，应用比例正显著增加，但另一方面，LED建筑照明所面对的一个迫切问题是：如何摆脱只是用光勾边、跳动等简单的设计处理，而是将LED照明与艺术创意完美地融合为一体。这不仅需要照明设计人员进一步掌握LED的技术特点；同时也需要LED产业链上的不同行业制造商协同努力，根据特定的市场需求，提供更高品质的产品和技术来做支撑。
谈到建筑照明市场的需求特点，恩智浦半导体(上海)有限公司大中华区照明产品市场经理张伟超总结道：“建筑照明市场对LED照明产品的具体需求包括减少色温偏差，提高光输出和对其他光源的匹配性，节能环保，节省客户使用和维护成本；另外，在性能指标上，还有对产品输入和输出电压、电流参数的要求，各种安全和功效的要求等；并且要求产品的散热性能、可靠性和系统寿命都应提高，还要缩短产品上市的时间。”
高能效电源驱动成为必需
在电源驱动部分，目前LED建筑照明应用的功率范围涵盖较广(从10W到超过300W)，且LED配置范围也较广(从多串分立LED高压串配置，到集成板载单封装LED配置等)，因而也出现了更宽范围的驱动器拓扑结构，从单级架构功率因数校正(PFC)反激拓扑结构，到PFC/谐振LLC或PFC/反激双级架构拓扑结构等等，不一而足。但总体而言，随着近年来欧美等主要市场不断提升对LED灯具的能效要求(如：欧盟生态设计指令2009/125/EC的G/TBT/N/EU/34号通报，及电灯及灯泡的能源标签规例(EU)No 874/2012等)，更高能效的LED电源驱动器方案是当前市场持续需求的重点之一。
张伟超表示，高能效要求对LED电源驱动IC所带来的挑战主要包括如何实现高功率因数校正以及精确的恒流输出；如何实现系统智能调光功能的集成，显著降低BOM器件数量，让灯具体积更小，降低设计复杂度，改善整体照明的效率；如何提高不同调光设计中的照明质量、一致性，及降低制造成本等方面。
以恩智浦的明星产品SSL2109A为例，这是一款非调光的驱动器芯片，支持全电压输出，具有高功率因素的调光电路板，电路板简单紧凑；其次，它可以采用两种不同的拓扑结构满足不同的应用需求，既能提供非隔离线路，也能提供隔离反激电路，效率可大于90%，有助于帮助客户采用更简单的散热的外围材料，进而降低客户产品成本，且同样的瓦数，高效率可以实现更高的输出光效。SSL2109A的功率因素高于0.9，当LED终端产品接入市电电网后，高功率因素可以减少产品对市电的干扰，这也是环保节能产品的标志之一，同时它的谐波失真率在20%以下，满足了“能源之星”的最新标准。
“提升能效的趋势推动了更优化拓扑结构及新架构的需求，新的控制功能推动在LED建筑物照明应用中加入微控制器(MCU)，”安森美半导体通信及LED照明策略市场营销经理Niall Shakeshaft指出，“MCU可能要求辅助电源来使LED灯具关断时保持控制电路工作；而传统高强度气体放电灯(HID)灯具通常采用环境光传感器或中央定时器或开关来控制，无需任何智能或增添偏置电路。安森美半导体未来的产品研发方向主要是结合高集成度、提升能效及减少外部元器件数量、简化架构的驱动器件。”
安森美最新开发的NSIC20xx系列驱动产品
2012年安森美半导体推出了新系列的PFC控制器，其中包括NCP1611和NCP1612增强型高能效PFC控制器。这两款器件使用了新的控制方法——电流控制频率反走(CCFF)，优化宽广负载范围下的功率因数及能效，而这对可调光LED驱动器应用至关重要。该公司最新还推出了高集成度辅助开关电源(SMPS)IC，应用于联网型LED驱动器中的低功率辅助电源；以及击穿电压达120 V的NSIC20x0系列线性恒流稳流器(CCR)，使得电路设计能够直接采用110 Vac或230 Vac的离线交流电压工作。此外，在初级端控制驱动器系列，安森美专门针对恒流LED照明应用而优化，无须光耦合器及次级端控制元器件，提供建筑物照明应用所需的精密稳流精度。
光源、灯具设计水平仍需提升
作为一类新型照明技术，在实际项目中LED照明能否符合建筑行业的设计标准同样非常重要。在国内《GB50043-2004建筑照明设计标准》等一系列规范中，对建筑物场所使用的灯具在照明数量(照度、光效)、照明质量(均匀度、色温、显色指数等)、节能(LPD)与安全性能方面都有具体的指标要求，LED灯具正被引入到更新一层的标准体系中，同时LED照明也需要在光源的选型设计，以及整体灯具的结构设计上进一步作提升，以满足绿色建筑的应用要求。[!--empirenews.page--]
在LED光源部分，随着白光LED发光效率的快速提高，以及价格的急速降价，显色指数达70-90的白光LED越来越多地被应用在建筑照明领域。白光LED具有低压、低功耗、高可靠性和长寿命等优点，是一种符合环保、节能的绿色照明光源，可用于建筑泛光照明和装饰彩灯等产品。但另一方面，白光LED技术仍需要不断积累成熟，在芯片、荧光体和封装三大要素上进行攻关，改善芯片质量和结构，优化RGB调光驱动和混光控制电路的设计，提高发光效率，降低色温偏差。而在LED平面型光源上，还需提高可靠性，以及克服点状光斑及混色不均匀等常见现象。
值得关注的还有建筑照明应用中的另一项挑战，即LED灯具对户外各种复杂环境(如气候、水、尘、酸碱腐蚀等)的适应能力。例如，大功率LED在户外所遇到的散热难题；雷电天气时常导致的楼宇大厦照明灯具坏掉的问题；灯具在雨、水中的防护性能等等，这些都需要在灯具的元件选择、设计方面下一番功夫。
乐雷光电技术(上海)有限公司相关负责人表示，提高LED产品及控制系统在室外使用场所的可靠性至关重要。在防雷方面，可以采用针对感应雷击的静电(ESD)专用防护元件来作保护。为了提高防水能力，不同灯具类型可以在关键部位作防水处理，如在灯具内部使用防水透气螺塞，在灯管两端的侧盖采用进口耐老化硅胶材料的精密压缩式防水胶；同时还应将调光解码器与LED灯具整合成一体化设计，以解决外部控制系统接线及解码器防水的问题；在地埋灯和壁灯中则可以使用防负压专用电缆线，防止灯具内部负压吸水；而水下灯具的防护等级则应达到高级别的IP68。在大功率LED灯具的散热设计上可以选择一体化结构，大幅增加散热面积，并预留气流散热通道，以保证LED的发光效率和使用寿命。
此外，为了降低眩光份量，消除光污染对人眼的影响，做好眩光控制也要从灯具设计上着手。目前大部分厂商多是利用专业的光学设计手段(如采用磨砂钢化玻璃、新型光扩散涂层，或调整光束角度等)，来适当调低照明亮度，进一步提高照明品质，而在这一的过程中也有助于达到节能的目标。
智能调光凸显节能效果
LED照明之所以能够获得绿色建筑的青睐，与其较易实现数码控制、节能环保的特性密不可分。从建筑照明应用市场的最新发展来看，较明显的一个趋势是越来越多结合网络、调光及自主控制的LED建筑物照明控制方案出现在市场上，这些控制方案基于前端的无源红外(IR)传感器、定时器或环境光传感器等，降低无人活动时的照明亮度，并通过多种网络技术支持更多的照明网络节点，实现一整套的环保照明节能措施。
但实际上，现阶段LED建筑照明市场仍然处于智能LED控制方案的初期发展阶段，对此，Shakeshaft表示道：“真正的智能LED照明并非简单地以LED光源替代HID或荧光灯，而是会带来全新的省电节能模式，提高照明品质，同时提供更长的使用寿命，并降低运营及维护成本。其中一项重要趋势就是更广泛地采用网络技术，无论是应用电力线、网状网络(Mesh)或是其它无线技术。”安森美半导体正充分利用自主研发的系列通信调制解调器，如电力线通信(PLC)调制解调器或ZigBee调制解调器，将这些通信调制解调器与传感器元件及LED驱动器相结合，以构成完整的智能LED照明控制系统。
张伟超也认为，LED建筑照明未来的市场发展一定是标准化、高可靠性、低成本的智能化照明控制系统。“LED照明的未来不仅仅限于替换性球泡灯等产品，其未来在于广泛的LED灯具市场，包括建筑系统智能照明控制系统、无线WiFi调光系统等等，这些技术会显著提升照明系统的效率和使用维护便捷性，并有效地降低整体使用成本，最终达到节能环保的效果，此外它还可以结合最新的互联网控制以及存储技术，实现照明的物联网应用。”
在发布了业界第一个基于低成本、低功耗32位ARM Cortex-M0处理器的DALI和DMX512有线照明控制系统开发平台之后，恩智浦半导体的目标是结合强大的LED驱动技术、本地化的研发和技术支持团队，从应用DALI、DMX和KNX的有线照明和控制网络，到应用JenNet-IP和ZigBee的无线解决方案，为家居、楼宇和建筑外观的智能照明网络提供一系列的节能方案。
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中国半导体照明市场发展四大趋势
目前，阻碍半导体照明灯具普及的最大问题之一就是成本。现阶段，半导体照明灯具的成本是荧光灯器具和HID器具的3－5倍，导致成本过高的原因在于单位亮度的光源价格以及周边部件方面，这使得白色LED价格要高出传统照明灯具。同时灯具产品还需要驱动电源、散热、透镜等周边部件。要降低产品成本，就不仅要降低光源成本，而且降低周边部件的成本同样也很重要。另外，室内照明十分重视色温和演色性，因此改善光质也是推动半导体照明灯具在室内照明应用的重点。
半导体照明应用正逐渐从简单的装饰照明，逐渐转向大功率的城市景观照明、市政道路照明、汽车照明和工业照明为主的功能性照明产品发展，并逐步满足高速公路、隧道、地铁、机场、航运等对照明产品的可靠性要求较高的市场需求。此外，在防爆灯、半导体制造照明、低温照明、紫外消毒、医用照明等特殊、特种领域的照明应用也在逐步使用更具优势的LED光源产品。
随着功能性照明市场的逐步启动，对于功率型和表面贴装型LED产品的需求快速增长。此外，LED在汽车车灯产品中应用比例的不断提升也将带动对于功率型和表面贴装型LED产业的需求。在下游市场需求的带动下，功率型和表面贴装型LED产品将成为企业的重点发展产品之一。
随着电子产品小型化、低功耗趋势已经势在必行，因此终端产品制造商们对各种元器件提出了小型化要求，LED也不例外。目前，随着单颗LED芯片功率与亮度等不断提升，在散热技术不断优化的前提下，半导体照明产品供应商都在积极开发更具体积优势的LED产品，半导体照明产品的小型化和集成化已成为发展方向。例如，以前采用8－12颗LED管芯的便携式照明产品，目前只采用1－3颗大功率LED管芯，即可实现更佳的照明效果。
2012－2014年中国半导体照明市场规模预测
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