LED商业照明高显指高光效的实现

汪治兴 王森 贾苏青 何磊（晶正照明科技有限公司）

在我国，推行了绿色照明工程，实施“中国逐步淘汰白炽灯路线图”，分阶段淘汰普通照明用白炽灯等低效照明产品。推动白炽灯生产企业转型改造，积极发展半导体照明节能产业，加快半导体照明关键设备、核心材料和共性关键技术研发，支持技术成熟的半导体通用照明产品在宾馆、商厦、道路、隧道、机场等领域的应用。加快城市道路照明系统改造，控制过度装饰和亮化。LED照明的前沿工程通过人们对半导体发光材料研究的不断深入，LED制造工艺的不断进步和新材料（氮化物晶体和荧光粉）的开发和应用，各种颜色的超高亮度LED取得了突破性进展，其发光效率提高了近100倍，为半导体照明奠定了良好的基础。

照明在商业活动中的影响

正常情况下，人们对于照明的要求普遍满足对灯光亮度的要求，只要环境照度达到人们工作与生活的需求就可以了。但是在很多场合，照明不仅仅对环境照度有要求，同时对光的色还原性能也提出了要求。特别在卖服装、珠宝和水果的商场中，人们会发现，购买服装时，都喜欢将服装拿到自然光线下看一看，因为服装在商店灯光下的颜色与在自然光下的颜色不一样，这是因为自然光对色彩的还原性能好，能够真实的还原出服装的色彩，而商场内的灯光照明不能完整的还原出商品的色彩，因此，在商业活动中的照明，除了对灯具光照度有要求，对灯具的色还原性能（即显色指数）也提出了高的要求。

二、不同光参数在不同场合下的运用

灯具的性能参数中，有电性能参数和光性能参数两种，光性能参数中光效(Im/W)反映了灯具的发光效率：色温是表示光源光色的尺度，同时是表示光源光谱质量最通用的指标。显色指数是用来准确描述光源显色性的一种参数，用Ra表示。发光体（太阳光）的显色性Ra=100(即任何物体在太阳光的照射下，该物体具有最真实的颜色或质感)。一般好一点的LED显色能达到85~90，有些只有70左右。当显色指数小于70时，灯光的照射效果较差，显色越高，效果越好。不同等级和应用场所对显色指数有不同的要求：道路、仓库、大车间，显色<60．效果差；走廊大厅，显色60~69．效果一般：工厂、学校、超市，显色70~79．效果可以；办公室、会议室、酒店、商场、医院，显色80~89，效果良好：博物管、印染工业、实验室、服装、珠宝和水果商场，显色90~100，效果最佳。不同的灯具，显色指数不一样，高压钠灯的显色指数20-30．比较差，当人们站在高压钠灯下时，你的整个人都是红红的，这是高压钠灯的显色指数低，同时高压钠灯的色温只有3000K以下。显色指数最好的光源是卤钨灯，显色指数95-99，因此，在博物管、印染工业、实验室、服装、珠宝和水果商场等大多选用卤钨灯照明。

三、LED灯具高光效、高显指的实现

LED作为新一代光源在商业照明中要达到高光效、高显指比较困难。光效与显色指数是互相对立的两个参数，当光效提高了，显色指数就下来了，把显色指数提高了，光效又下来了。于是，有人用降低色温来弥补，将色温选在3000K左右，但是，我们的眼睛对于太阳光感觉是最舒适的，太阳光的色温是白光，当选用5000K左右色温时，颜色偏淡黄一点，是眼睛感觉最舒适的色温，5000K~6000K色温的光线是白光，我们会感觉亮度非常充足，而3000K左右色温我们在视觉上会感觉比较暗，长时间使用会感觉眼睛容易困乏。

在实践中，采用5000K左右的白光LED和一定比例的红光LED进行混光处理，可以达到4500-4800K左右色温；901m/W以上的光效；95以上的显色指数。而且显色指数可以人为的控制。为了达到以上LED灯具的光参数，必须要解决以下几个问题：

白光LED与红光LED的Vf值匹配使用问题。白光LED的Vf值常规为3V左右，红光LED的Vf值常规是2V左右，在混合使用时很难匹配。

白光LED与红光LED的电流值匹配使用问题。白光LED的电流可以是几十毫安到几百毫安，红光LED的电流通常是60毫安左右，使用电流不一样。

如果是串联使用存在电流不一致的问题，如果是并联使用又存在Vf值不相等的问题，最终导致红光LED光源损坏。

对红光和白光如何驱动。如果用一个恒流电源同时驱动白光LED和红光LED（见图一），

图中选择白光LED的数量使bDl-bDn的总Vf值与红光LED的hDl-hDn的总Vf值相等，lb=lh白光LED的驱动电流不够，亮度发挥不出来，如果不考虑红光与白光的比例，光效会很低，显然不理想。另一种方法，在红光LED回路中串人一只电阻，调节平衡红光电流，满足红光LED和白光LED的驱动要求，电路可以正常工作，但是由于电阻串人会消耗一定的电能，使整体效率下降，同样光效不高。

还有一种办法，如图二，用两组驱动分别驱动白光LED和红光LED。当白光LED与红光LED的比例关系适当时，就可以达到理想的效果。从性价比角度考虑，多用了一组驱动电源，增加了成本，由于驱动电源本身存在效率问题，增加了消耗，加之多用了驱动电源，增加了故障存在几率。同时驱动体积的增大会受到灯具空间的限制。

为了取得高光效、高显指，我们利用自主研发的多路独立恒流驱动电路，如图三。

由于采用了多路独立恒流驱动电路，电路中各LED回路的电流是根据其总Vf值独立设置，lbl、lb2、lb3、th可以设置为不同的电流值，互不干扰。灯具的色温由白光LED色温决定，显色指数由白光与红光的比例关系确定。多路独立恒流驱动电路由无电解电容恒压电源供电，功率因数大于0.95，由于无高压电解电容，其灯具寿命超长。使用该方案设计的一款灯具光电参数见图四。