标签: led技术

据美国媒体近日报导，美国麻省理工学院(MIT)的研究人员通过一种插座转换设备使发光二极管(LED)能够比其消耗的电功率释放出更多光功率，电源转换效率可达到100%以上。 LED发光原理是将电能转换为光。目前，设计出既明亮又高效的LED灯的最大障碍之一，是增加LED灯的输出功率反而导致其效率下降。而麻省理工学院的研究人员解释说，他们的研究成果大大降低了外施的电压。根据计算，当电压减少到一半，输入功率降低了4倍，而发出的光功率与电压保持一致，也达到一半。换言之，当输出功率下降时LED发光率却在增加。 在实验中，研究人员减少了LED的输入功率，仅30皮瓦，而测量到输出达69皮瓦的光量，效率高达230%。将相同的物理机制作用于任何LED，在外施电压作用下，电子和空穴有一定的概率产生光子。研究人员并没有像其他的研究一样试图增加这种概率，而是利用发生于设备里原子晶格的振动所散发的少量余热产生更多电力。 这种利用余热发光的过程可使LED稍微冷却，其操作类似一个热电冷却器。虽然在室温条件下，冷却不足以提供实用性的温度，但它有可能被用于设计不产生热量的灯。当作为热泵时，该设备可有助于固态冷却应用程式，甚至是发电机设备。 理论上，这个低压策略能够在低电压下产生任意高效的光子，研究人员希望该技术能提供一种新的测试节能极限电磁波通讯的方法。虽然在科学上这个方法很有趣，但其还不会立即促使超效率的LED商业化，因为示范项目仅能用很低的输入功率产生少量的光。   ************ 非常感谢 forrest1 和 Farmer_one 的友善提醒~~大家如果解读出更多，欢迎留言讨论~~   首先解释一下大家对于“永动机”的疑惑，一位英文网站的工程师作了如下解读： No perpetual motion machine is created here. The article failed to mention the real reason why the LED can exceed 100% efficiency. Here is why: It’s nice research, but it’s sort of “cheating” in an honest way. Efficiency mentioned here is how much electricity is converted into light by this LED. Let’s say, you inject 10 electrons, and they turn into 8 photons which escaped the LED, so you get a 80% efficient LED. The 2 missing electrons are “wasted”. So, in order to get to 100% efficiency and beyond, you find another way to make up for those 2 missing electrons. MIT team used the well-known thermoelectric effect which converts heat to electricity, which in return makes up for those “wasted” electrons. As a result, this LED has over 100% efficiency. You now see why they choose to do the experiment as very low voltage, because low voltage means less electrons injects, so fewer “wasted” electrons you need to make up. Therefore, the over 100% efficiency is kinda of “cheating” in an honest way. What’s supplying this ultra low voltage LED electrons are not electricity alone, but also ambient temperature in form of thermo energy. The quoted efficiency in this article is a ratio between photon generated by TWO sources of energy and input from ONE source of energy. Of course, the efficiency can be much higher than 100%. It’s that simple, but I do not in anyway wish to undermine the importance of this research. It’s good work. I just don’t wish others who does not have background on this specific topic to misunderstood the importance and message of this research work.   为了帮助工程师朋友们更好地了解这个技术报道，特别找了一些英文方面的报道供大家参考：   Scientists Create 230-Percent Efficient LED Bulbs Light bulbs have always required more electricity than they need to produce light because the energy conversion process—changing electricity to light—was inefficient. But an MIT research team has just shown that an LED can actually give off more light than what it consumes in electricity. Incandescent bulbs are the poster child of inefficient energy conversion. The devices heated a filament with an electrical current which not only produced light, but a lot of waste heat as well. Fluorescent bulbs, CFL's, and even conventional LED's all generate the same waste heat to varying (albeit much smaller) degrees but none has ever reached 100-percent efficiency—a mark known as "unity efficiency." The team from MIT posited that while the bulb's energy requirements decrease at an exponential rate (halving the voltage reduces the input power by a factor of four), the lumen output would decrease linearly (halve the voltage and the lumens drop by half as well). This means that at some point, the amount of lumens the bulb is emitting would be more than the amount of energy spent—essentially "free" light. Granted, this point occurs only when using minuscule amounts of electricity to power incredibly dim bulbs. In their experiments, the team was able to generate 69 picowatts of light from just 30 picowatts of energy. They did so by harnessing waste heat, which is caused by vibrations in the bulb's atomic lattice, to compensate for the losses in electrical power. The device also reacts to ambient heat in the room to increase its efficiency and power the bulb. This process cools the bulb slightly and could eventually be employed to manufacture "cold" bulbs that don't generate any heat, only light. And, since the same physical mechanism from these tiny bulbs can be applied to any LED, they likely will be.     MIT Researchers Create LED Light That Exceeds 100-Percent Efficiency   Light bulbs have always been pretty inefficient, even those that have a rep for using less juice, like LEDs. Because of the energy conversion process, they consume more energy than they actually need to illuminate. But what if we told you that there was a light bulb out there, just waiting to be invented, that could produce more energy than it consumes? A group of researchers at MIT have figured out how to develop LED lights that wildly eclipse the efficiency of any other bulb. In fact, they successfully tested a LED light with an efficiency of 230 percent! The key to increasing the power conversion efficiency, according to MIT researcher Parthiban Santhanam and his co-authors, is to decrease the applied voltage. When the voltage is halved, the input power is decreased by a factor of four. (The inverse is also true — the brighter LED lights are, the less efficient they become.) In effect, if you decrease the input power enough, the LED’s efficiency can increase to more than 100 percent, thus achieving what’s known as “unity efficiency.” When that happens, the light bulb will produce as much or more energy than it takes to power it, giving you the ultimate bang for your buck. The only problem? As you may have guessed, significantly lowering the input power creates a very weak LED bulb. In their tests, the MIT researchers succeeded in generating about 70 picowatts of light from 30 picowatts of energy — an efficiency of 230 percent! That’s a remarkable achievement, but still a miniscule amount of light. For now, there really isn’t any practical application for a super-efficient 70-picowatt bulb, but according to PhysOrg, the researchers hope the breakthrough could open the door to new advances in energy-efficiency electromagnetic communication. Read more: MIT Researchers Create More Than 100-Percent Efficient LED Light | Inhabitat - Sustainable Design Innovation, Eco Architecture, Green Building

提到 LED 驱动精准度通常会想到恒流误差，其实驱动精度并不仅仅限于电流精度一项。 LED 是一款典型的电流驱动型器件，精准控制 LED 驱动电流，可决定包括光效率、电源效率、散热和产品亮度等在内的许多参数。驱动 LED 主要在于控制它的电流。无论是直接增、缩驱动电流，还是占空比 (PWM) 减小开关时间比，均是控制电流方式，但达到的目的却不相同。本文将阐述不同的驱动在不同应用中的区别。   分布式恒流驱动原理介绍   在以往的白炽灯和节能灯市场，大公司所形成的规格有限的主流灯具型号， LED 很难再继续遵守。 LED 有它的应用灵活性，在日后的设计中会带来较多的电源规格。我们要避免过多的电源规格，不给日后量产带来诸多障碍。本着在不限制设计灵活性同时，还能兼顾尽量少的电源设计规格的思路，我们提出了分布式恒流架构。   分布式恒流的原理在于，在各并联支路点均设立独立恒流源，以管理、维持、控制支路与支路、支路与整体线路的稳定。分布式恒流电路在使用上可视为一个完整的线路结构，而实际应用是分布在线路各节点的，是一个可以通过恒流控制并能相互通讯的电路结构。分布式恒流设计 LED 产品，有着非常高的产品稳定性以及独有的设计优势。   在当前， LED 产品宣称与实际使用寿命有较大的差距。在驱动线路设计技术积累有限的情况下，用评估产品寿命的方法来衡量实际使用寿命，容易造成误差。而驱动线路的稳定性将直接影响产品整体稳定。 分布式恒流技术有高可靠性的原因在于，让 AC 电源部分继续沿用传统开关电源，采用恒压的供电模式。开关电源技术积累会给 LED 电源设计创造品质条件。在同一功率电源规格下，不用再开发新的电源型号，功率可向下兼容，大大减少电源规格，提高电源统一性。     软、硬结合的精度控制思路   在日常驱动电源设计中，周边器件累计误差处理起来很是棘手，导致驱动电源参数离设计初衷相差甚远。恒流驱动需要电流检测，通常做法是在支路中串接毫偶电阻获取回授信息，要达到高的效率，电阻值会越小，过小的毫偶电阻给生产、测试都带来不便，一般的仪器无法验证到正确值，生产过程也会影响到精度，电阻方式设定电流是固定方式，调整并不方便。   软、硬件结合方式将开启 LED 应用技术的飞跃。 LED 恒流精度值软件化，可大幅提升 LED 应用的灵活性。恒流驱动器电流设定软件化实际上就是在 IC 内部设立寄存器，根据实际产品应用存储的方式设置输出电流大小，这一切都是软件化过程，不需要更改线路设计。可通过微机操作软件，用直观的数字写入完成电路电流设定。   驱动线路周边零器件，这是我们的目标。周边零器件不会带来设计器件参数误差累计，从而大幅提高恒流的精度。   我国的 IC 制造工艺目前不能满足 LED 驱动精度要求，但是我们可以用新技术、新办法达到世界顶级恒流精度水平。驱动精准控制便是其中一种方法。   在进行驱动精准控制时，首先要看设计目的是什么？是按照最高光效，还是按照灯具的一致性设计？如果仅限于驱动电流的精准，实际上是很容易做到的。例如驱动电流稳定准确，或随温度变化有保护等。但在客户看来并不仅限于这些。客户要求各项参数都能符合要求，比如产品的一致性、效率等。对于客户的这些要求，我们需要在设计驱动上下功夫。归根结底还是怎样控制精准度，并最终按照我们的设计意图来调整电流，提高产品的稳定性。   为了达到上述目的，我们可以通过在精细化的恒流输出范围内，均等的划分若干等级，并将每阶电流数字化描述，驱动 IC 读取对应数字并执行相应电流值来实现。可以选择内置非易失性 E 2 PROM 。相信任何寄存器都能完成其任务，可按照应用需要和工艺允许的条件，决定存储器的类型选择。   电流阶的划分与设计可因市场的不同而有所区别。分布式恒流内置寄存器后，电流值划分会弥补工艺上的精度不足。因制造工艺原因输出电流总是有误差，软件化后将因此而得到改善。   长运通的驱动 IC 在出厂时，可根据客户的不同需求，提供不同的电流输出值，免除批量校准过程。小用量的客户还可通过附赠的微机软件自行改写电流值。此外，客户还可以通过产品设计接口来根据需求改变产品的亮度，并在年久后，因 LED 光衰减或根据现实使用情况，再次确定驱动电流值及用途。   提升驱动效率的设计新法   AC 电源驱动 LED 在单串接支路是可行的，可是单串接只是 LED 驱动应用中很少一部分，大多应用有并联情况。在有并联 LED 驱动的情况下，整体恒流设计中的支路 LED 并不一定工作在恒流状态，整个产品 LED 电流是相互影响的。通常，在小电流设计中选择并联使用，这是因为小电流产品不会立即受影响而损坏，但隐患是仍然存在的。   在大电流设计者中，例如 LED 路灯设计，设计者不会将多路 LED 直接并联上去，因为这样危险会立刻发生。通常的做法是，先恒压再 DC 恒流，通过这两级设计完成。我们知道 DC 驱动效率是在合理的电压和负载条件下，那么如何保证负载 LED 数量或 LED 随温度变化都在合理的范围内？怎样灵活的让客户变更 LED 驱动数量？解决以上问题需要设计 AC 到 DC 恒流的回授机制，但到目前为止并不具备该技术条件。   长运通采用了另外一种做法：该公司的分布式恒流驱动器，能提供光耦驱动能力，其中一个支路可作为全部支路的代表。分布式恒流支路相互可以通讯，实现自适应的联动机制，同时兼容控制、数据读写接口功能。此外，周边设计零器件化，电源输出电压与负载阻抗匹配，从而实现恒流源与光源集成。   目前， AC 电源结合控制方式主要包括以下几种： 1. 原边反馈电源。该技术 用于小功率 LED 灯具驱动，用原有原边反馈充电器开关电源移植而来。这部分 AC 驱动没有因 LED 应用而改变规格，有着诸多的型号供选择。除体积受限外，设计上与开关电源没有本质区别，借用到 LED 也算合理； 2. 大功率隔离照明电源。该技术中， LED 驱动全部是采用开关电源而设计，任何公司到目前为止都没有推出针对 LED 专用 AC 驱动器件，隔离电源就是开关电源。基本可以断言开关电源就是 LED-AC 驱动，也是主要的应用方式之一； 3. 非隔离 LED 驱动电源。 非隔离 LED 驱动推出较多针对性电源技术，是值得肯定的，是 LED 电源一个方向。隔离安全主要取决于与外壳爬电间隙设计，并没有规定 LED 电源一定要隔离设计，也没有限制输出电压值。关键是采用哪种隔离更安全。非隔离有驱动效率高等优点，结合结构也能设计出优质、安全、高效的 LED 产品； 4. 可控硅调光兼容性电源。该技术 应用特殊，数量受限，属于过渡性技术。   在目前主流 AC 电源市场中，重点是前三项。其中非隔离技术发展较快。而前两项隔离 LED 驱动设计，均是移植开关电源芯片，本质上没有脱离开关电源原有模式。虽然各公司的诸的专家学者都在致力于 LED 照明电源研究，但目前技术依然停留在开关电源阶段。为此 LED 照明电源主要研究的重点应该放在次级 DC 部分，将恒压开关电源与分布式恒流技术结合。  

往往谈论一个问题，都会站在自己的立场，自己辩论自己的观点总会赢得上风，这是常理。现在有不少 LED 照明方面的辩论会，可以拿与会者“火爆”来形容。在辩论前我想大家都会知道谁能胜出！原因很简单未来是 LED 并无悬念，只是时间的问题。阻碍时间进程无非来自两个方面，一是光效；二是性价比。   我们在看电影时，遇上正义与???争，匪徒与公安干上了，结局我们都会很明白，现在你只管欣赏过程。只是最好的对《 LED 照明辩论会》比喻。我想还是实际点好，而不是拿纳税人的钱为 LED 照明工程买单。国家的投入应该多是 LED 基础应用研究，对整个 LED 行业发展有利才对。   通常 LED 照明设计灯具减半于传统节能灯具。例如： 40W 日光管用 LED 设计一般采用不到 20W 功率； 250W 路灯采用 LED 路灯通常设计到 100W 左右功率。这就是现在 LED 照明节能理由所在，若我们直接将传统灯具功率减半，节电是一样的效果。   为什么要功率减半设计，原因主要成本问题，成本可以分为直接价格成本和散热投入成本。现阶段 LED 照明灯具设计成本是传统节能灯具 10 倍，功率减半设计是最有效的降低成本的办法。 LED 灯具设计随集中功率增加，成本会随指数增加，甚至会无法完成设计。试想路灯集中设计 250W 会是怎样的成本和散热条件？   LED 照明有“指向性学说”。理由是 LED 有高度一直的光指向性，所发出的光都是向前方被充分的利用。对于我个人来说，不反对这个学说，也不赞同这个观点，希望我们大家还是从务实的态度来看待这个问题。在设计产品时需要将周边和背后的光线，反射到前面合理的利用，达到理想的聚光效果，传统灯具一直有这样应用。 LED 不能承受较高的结温度，需要足够的截面积传导热量，要不然完全可以线段连接封装 360 度发光 LED 出来。   LED 指向性实际是封装支架光学结构的结果，“指向性学说”是现阶段解释 LED 节能学说“救命稻草”，从历史的发展来看早有这方面的先例。   早几年前国内的 LED 矿灯设计厂家有用 8mm 小角度 LED 设计矿灯，良好指向性满足了国家煤矿安全标准，亮度一眼可以看出和传统灯具的要低很多，在我们采矿者来说只有权利下不下矿井，没有权利选择使用什么样的灯具，在只能听从的情况下也接受了这款灯具。   对于路灯照度问题也是一样，有些事情不是一般群体可以左右的。街道为了美观路灯会设置对称 4-10 排路灯光源，记得在家乡通常为了省电，晚上只会打开其中 1-2 排灯，但是在深圳无论是多少路灯会全部点亮。那我们是批评家乡的照度不够还是赞扬政府务实节省呢？还是说深圳经济实力强不在乎，或批评深圳太浪费？一次凌晨 3 点，从深圳罗湖到蛇口，一路没有看到路灯有说时段亮度减半，也没有看见路灯有部分关闭现象。   夜间在深圳的大街上，欣赏月光是很“困难”的一件事。小时候我们使用煤油灯学习，也没有感觉看不见，不知道再回过去使用感觉如何？据说当年蓝光之父“中村修二”到《四川大学》演讲只能隐约看到蓝光出现，当时学生很振奋，现在您若遇到他会想看到什么？   对于设计产品符合国家标准是最基本的，但是需要广众认可，还是需要时间来证实，少数人观点仅供参考，不能简单的下结论。我还是那句话“节能指向性学说，不赞同，也不反对”。