LED建筑照明是將LED光源或燈具與建筑物外立面、室內(nèi)空間、景觀元素構(gòu)件等融為一體的夜景照明方式。相對于通用照明市場來說，建筑照明是一個較為專業(yè)的應(yīng)用領(lǐng)域，它要求LED照明能夠與建筑景觀相協(xié)調(diào)，應(yīng)地制宜地提供各種適應(yīng)于建筑物結(jié)構(gòu)和風(fēng)格的亮化設(shè)計方案。根據(jù)LEDinside的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，2012年全球LED建筑照明燈具市場的規(guī)模約為31.91億美元，占整體LED照明市場比重約為29%，且由于LED具有的多種光色、易于設(shè)計、環(huán)保節(jié)能等特性，使得建筑照明市場對LED的接受程度較高，對產(chǎn)品價格的敏感度較低，市場普及速度較快。同時，在目前通用LED照明市場發(fā)展仍存在諸多阻力的情況下，也使得LED建筑照明市場成為了業(yè)界期待的又一個重要的增長“亮點”。
恩智浦半導(dǎo)體(上海)有限公司大中華區(qū)照明產(chǎn)品市場經(jīng)理張偉超 |
建筑照明通常所涉及到的LED燈具類型較為多樣，包括輪廓照明常用的LED光帶、LED數(shù)碼管；墻面照明常用的LED投光燈、泛光燈、崁燈、洗墻燈；結(jié)合古建筑造型的LED瓦塄燈；廣場水池、噴泉用的水中燈；地埋燈、草坪燈；以及各種室內(nèi)燈具等等。在全球各國政府大力倡導(dǎo)綠色建筑的前提下，LED照明所帶來的節(jié)能優(yōu)勢日益受到重視，應(yīng)用比例正顯著增加，但另一方面，LED建筑照明所面對的一個迫切問題是：如何擺脫只是用光勾邊、跳動等簡單的設(shè)計處理，而是將LED照明與藝術(shù)創(chuàng)意完美地融合為一體。這不僅需要照明設(shè)計人員進(jìn)一步掌握LED的技術(shù)特點；同時也需要LED產(chǎn)業(yè)鏈上的不同行業(yè)制造商協(xié)同努力，根據(jù)特定的市場需求，提供更高品質(zhì)的產(chǎn)品和技術(shù)來做支撐。
談到建筑照明市場的需求特點，恩智浦半導(dǎo)體(上海)有限公司大中華區(qū)照明產(chǎn)品市場經(jīng)理張偉超總結(jié)道：“建筑照明市場對LED照明產(chǎn)品的具體需求包括減少色溫偏差，提高光輸出和對其他光源的匹配性，節(jié)能環(huán)保，節(jié)省客戶使用和維護(hù)成本；另外，在性能指標(biāo)上，還有對產(chǎn)品輸入和輸出電壓、電流參數(shù)的要求，各種安全和功效的要求等；并且要求產(chǎn)品的散熱性能、可靠性和系統(tǒng)壽命都應(yīng)提高，還要縮短產(chǎn)品上市的時間?！?
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高能效電源驅(qū)動成為必需
在電源驅(qū)動部分，目前LED建筑照明應(yīng)用的功率范圍涵蓋較廣(從10W到超過300W)，且LED配置范圍也較廣(從多串分立LED高壓串配置，到集成板載單封裝LED配置等)，因而也出現(xiàn)了更寬范圍的驅(qū)動器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從單級架構(gòu)功率因數(shù)校正(PFC)反激拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，到PFC/諧振LLC或PFC/反激雙級架構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等等，不一而足。但總體而言，隨著近年來歐美等主要市場不斷提升對LED燈具的能效要求(如：歐盟生態(tài)設(shè)計指令2009/125/EC的G/TBT/N/EU/34號通報，及電燈及燈泡的能源標(biāo)簽規(guī)例(EU)No 874/2012等)，更高能效的LED電源驅(qū)動器方案是當(dāng)前市場持續(xù)需求的重點之一。
張偉超表示，高能效要求對LED電源驅(qū)動IC所帶來的挑戰(zhàn)主要包括如何實現(xiàn)高功率因數(shù)校正以及精確的恒流輸出；如何實現(xiàn)系統(tǒng)智能調(diào)光功能的集成，顯著降低BOM器件數(shù)量，讓燈具體積更小，降低設(shè)計復(fù)雜度，改善整體照明的效率；如何提高不同調(diào)光設(shè)計中的照明質(zhì)量、一致性，及降低制造成本等方面。
以恩智浦的明星產(chǎn)品SSL2109A為例，這是一款非調(diào)光的驅(qū)動器芯片，支持全電壓輸出，具有高功率因素的調(diào)光電路板，電路板簡單緊湊；其次，它可以采用兩種不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)滿足不同的應(yīng)用需求，既能提供非隔離線路，也能提供隔離反激電路，效率可大于90%，有助于幫助客戶采用更簡單的散熱的外圍材料，進(jìn)而降低客戶產(chǎn)品成本，且同樣的瓦數(shù)，高效率可以實現(xiàn)更高的輸出光效。SSL2109A的功率因素高于0.9，當(dāng)LED終端產(chǎn)品接入市電電網(wǎng)后，高功率因素可以減少產(chǎn)品對市電的干擾，這也是環(huán)保節(jié)能產(chǎn)品的標(biāo)志之一，同時它的諧波失真率在20%以下，滿足了“能源之星”的最新標(biāo)準(zhǔn)。
“提升能效的趨勢推動了更優(yōu)化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及新架構(gòu)的需求，新的控制功能推動在LED建筑物照明應(yīng)用中加入微控制器(MCU)，”安森美半導(dǎo)體通信及LED照明策略市場營銷經(jīng)理Niall Shakeshaft指出，“MCU可能要求輔助電源來使LED燈具關(guān)斷時保持控制電路工作；而傳統(tǒng)高強度氣體放電燈(HID)燈具通常采用環(huán)境光傳感器或中央定時器或開關(guān)來控制，無需任何智能或增添偏置電路。安森美半導(dǎo)體未來的產(chǎn)品研發(fā)方向主要是結(jié)合高集成度、提升能效及減少外部元器件數(shù)量、簡化架構(gòu)的驅(qū)動器件?！?
安森美最新開發(fā)的NSIC20xx系列驅(qū)動產(chǎn)品
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2012年安森美半導(dǎo)體推出了新系列的PFC控制器，其中包括NCP1611和NCP1612增強型高能效PFC控制器。這兩款器件使用了新的控制方法——電流控制頻率反走(CCFF)，優(yōu)化寬廣負(fù)載范圍下的功率因數(shù)及能效，而這對可調(diào)光LED驅(qū)動器應(yīng)用至關(guān)重要。該公司最新還推出了高集成度輔助開關(guān)電源(SMPS)IC，應(yīng)用于聯(lián)網(wǎng)型LED驅(qū)動器中的低功率輔助電源；以及擊穿電壓達(dá)120 V的NSIC20x0系列線性恒流穩(wěn)流器(CCR)，使得電路設(shè)計能夠直接采用110 Vac或230 Vac的離線交流電壓工作。此外，在初級端控制驅(qū)動器系列，安森美專門針對恒流LED照明應(yīng)用而優(yōu)化，無須光耦合器及次級端控制元器件，提供建筑物照明應(yīng)用所需的精密穩(wěn)流精度。
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光源、燈具設(shè)計水平仍需提升
作為一類新型照明技術(shù)，在實際項目中LED照明能否符合建筑行業(yè)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)同樣非常重要。在國內(nèi)《GB50043-2004建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》等一系列規(guī)范中，對建筑物場所使用的燈具在照明數(shù)量(照度、光效)、照明質(zhì)量(均勻度、色溫、顯色指數(shù)等)、節(jié)能(LPD)與安全性能方面都有具體的指標(biāo)要求，LED燈具正被引入到更新一層的標(biāo)準(zhǔn)體系中，同時LED照明也需要在光源的選型設(shè)計，以及整體燈具的結(jié)構(gòu)設(shè)計上進(jìn)一步作提升，以滿足綠色建筑的應(yīng)用要求。
在LED光源部分，隨著白光LED發(fā)光效率的快速提高，以及價格的急速降價，顯色指數(shù)達(dá)70-90的白光LED越來越多地被應(yīng)用在建筑照明領(lǐng)域。白光LED具有低壓、低功耗、高可靠性和長壽命等優(yōu)點，是一種符合環(huán)保、節(jié)能的綠色照明光源，可用于建筑泛光照明和裝飾彩燈等產(chǎn)品。但另一方面，白光LED技術(shù)仍需要不斷積累成熟，在芯片、熒光體和封裝三大要素上進(jìn)行攻關(guān)，改善芯片質(zhì)量和結(jié)構(gòu)，優(yōu)化RGB調(diào)光驅(qū)動和混光控制電路的設(shè)計，提高發(fā)光效率，降低色溫偏差。而在LED平面型光源上，還需提高可靠性，以及克服點狀光斑及混色不均勻等常見現(xiàn)象。
值得關(guān)注的還有建筑照明應(yīng)用中的另一項挑戰(zhàn)，即LED燈具對戶外各種復(fù)雜環(huán)境(如氣候、水、塵、酸堿腐蝕等)的適應(yīng)能力。例如，大功率LED在戶外所遇到的散熱難題；雷電天氣時常導(dǎo)致的樓宇大廈照明燈具壞掉的問題；燈具在雨、水中的防護(hù)性能等等，這些都需要在燈具的元件選擇、設(shè)計方面下一番功夫。
樂雷光電技術(shù)(上海)有限公司相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，提高LED產(chǎn)品及控制系統(tǒng)在室外使用場所的可靠性至關(guān)重要。在防雷方面，可以采用針對感應(yīng)雷擊的靜電(ESD)專用防護(hù)元件來作保護(hù)。為了提高防水能力，不同燈具類型可以在關(guān)鍵部位作防水處理，如在燈具內(nèi)部使用防水透氣螺塞，在燈管兩端的側(cè)蓋采用進(jìn)口耐老化硅膠材料的精密壓縮式防水膠；同時還應(yīng)將調(diào)光解碼器與LED燈具整合成一體化設(shè)計，以解決外部控制系統(tǒng)接線及解碼器防水的問題；在地埋燈和壁燈中則可以使用防負(fù)壓專用電纜線，防止燈具內(nèi)部負(fù)壓吸水；而水下燈具的防護(hù)等級則應(yīng)達(dá)到高級別的IP68。在大功率LED燈具的散熱設(shè)計上可以選擇一體化結(jié)構(gòu)，大幅增加散熱面積，并預(yù)留氣流散熱通道，以保證LED的發(fā)光效率和使用壽命。
此外，為了降低眩光份量，消除光污染對人眼的影響，做好眩光控制也要從燈具設(shè)計上著手。目前大部分廠商多是利用專業(yè)的光學(xué)設(shè)計手段(如采用磨砂鋼化玻璃、新型光擴散涂層，或調(diào)整光束角度等)，來適當(dāng)調(diào)低照明亮度，進(jìn)一步提高照明品質(zhì)，而在這一的過程中也有助于達(dá)到節(jié)能的目標(biāo)。
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智能調(diào)光凸顯節(jié)能效果
LED照明之所以能夠獲得綠色建筑的青睞，與其較易實現(xiàn)數(shù)碼控制、節(jié)能環(huán)保的特性密不可分。從建筑照明應(yīng)用市場的最新發(fā)展來看，較明顯的一個趨勢是越來越多結(jié)合網(wǎng)絡(luò)、調(diào)光及自主控制的LED建筑物照明控制方案出現(xiàn)在市場上，這些控制方案基于前端的無源紅外(IR)傳感器、定時器或環(huán)境光傳感器等，降低無人活動時的照明亮度，并通過多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支持更多的照明網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，實現(xiàn)一整套的環(huán)保照明節(jié)能措施。
但實際上，現(xiàn)階段LED建筑照明市場仍然處于智能LED控制方案的初期發(fā)展階段，對此，Shakeshaft表示道：“真正的智能LED照明并非簡單地以LED光源替代HID或熒光燈，而是會帶來全新的省電節(jié)能模式，提高照明品質(zhì)，同時提供更長的使用壽命，并降低運營及維護(hù)成本。其中一項重要趨勢就是更廣泛地采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，無論是應(yīng)用電力線、網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)(Mesh)或是其它無線技術(shù)?！卑采腊雽?dǎo)體正充分利用自主研發(fā)的系列通信調(diào)制解調(diào)器，如電力線通信(PLC)調(diào)制解調(diào)器或ZigBee調(diào)制解調(diào)器，將這些通信調(diào)制解調(diào)器與傳感器元件及LED驅(qū)動器相結(jié)合，以構(gòu)成完整的智能LED照明控制系統(tǒng)。
張偉超也認(rèn)為，LED建筑照明未來的市場發(fā)展一定是標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性、低成本的智能化照明控制系統(tǒng)?！癓ED照明的未來不僅僅限于替換性球泡燈等產(chǎn)品，其未來在于廣泛的LED燈具市場，包括建筑系統(tǒng)智能照明控制系統(tǒng)、無線WiFi調(diào)光系統(tǒng)等等，這些技術(shù)會顯著提升照明系統(tǒng)的效率和使用維護(hù)便捷性，并有效地降低整體使用成本，最終達(dá)到節(jié)能環(huán)保的效果，此外它還可以結(jié)合最新的互聯(lián)網(wǎng)控制以及存儲技術(shù)，實現(xiàn)照明的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用?！?
在發(fā)布了業(yè)界第一個基于低成本、低功耗32位ARM Cortex-M0處理器的DALI和DMX512有線照明控制系統(tǒng)開發(fā)平臺之后，恩智浦半導(dǎo)體的目標(biāo)是結(jié)合強大的LED驅(qū)動技術(shù)、本地化的研發(fā)和技術(shù)支持團(tuán)隊，從應(yīng)用DALI、DMX和KNX的有線照明和控制網(wǎng)絡(luò)，到應(yīng)用JenNet-IP和ZigBee的無線解決方案，為家居、樓宇和建筑外觀的智能照明網(wǎng)絡(luò)提供一系列的節(jié)能方案。
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延伸閱讀：
中國半導(dǎo)體照明市場發(fā)展四大趨勢
力爭降低燈具成本
目前，阻礙半導(dǎo)體照明燈具普及的最大問題之一就是成本。現(xiàn)階段，半導(dǎo)體照明燈具的成本是熒光燈器具和HID器具的3－5倍，導(dǎo)致成本過高的原因在于單位亮度的光源價格以及周邊部件方面，這使得白色LED價格要高出傳統(tǒng)照明燈具。同時燈具產(chǎn)品還需要驅(qū)動電源、散熱、透鏡等周邊部件。要降低產(chǎn)品成本，就不僅要降低光源成本，而且降低周邊部件的成本同樣也很重要。另外，室內(nèi)照明十分重視色溫和演色性，因此改善光質(zhì)也是推動半導(dǎo)體照明燈具在室內(nèi)照明應(yīng)用的重點。
向多元化應(yīng)用拓展
半導(dǎo)體照明應(yīng)用正逐漸從簡單的裝飾照明，逐漸轉(zhuǎn)向大功率的城市景觀照明、市政道路照明、汽車照明和工業(yè)照明為主的功能性照明產(chǎn)品發(fā)展，并逐步滿足高速公路、隧道、地鐵、機場、航運等對照明產(chǎn)品的可靠性要求較高的市場需求。此外，在防爆燈、半導(dǎo)體制造照明、低溫照明、紫外消毒、醫(yī)用照明等特殊、特種領(lǐng)域的照明應(yīng)用也在逐步使用更具優(yōu)勢的LED光源產(chǎn)品。
功率型、表面貼裝型LED快速增長
隨著功能性照明市場的逐步啟動，對于功率型和表面貼裝型LED產(chǎn)品的需求快速增長。此外，LED在汽車車燈產(chǎn)品中應(yīng)用比例的不斷提升也將帶動對于功率型和表面貼裝型LED產(chǎn)業(yè)的需求。在下游市場需求的帶動下，功率型和表面貼裝型LED產(chǎn)品將成為企業(yè)的重點發(fā)展產(chǎn)品之一。
不斷追求小型化、集成化
隨著電子產(chǎn)品小型化、低功耗趨勢已經(jīng)勢在必行，因此終端產(chǎn)品制造商們對各種元器件提出了小型化要求，LED也不例外。目前，隨著單顆LED芯片功率與亮度等不斷提升，在散熱技術(shù)不斷優(yōu)化的前提下，半導(dǎo)體照明產(chǎn)品供應(yīng)商都在積極開發(fā)更具體積優(yōu)勢的LED產(chǎn)品，半導(dǎo)體照明產(chǎn)品的小型化和集成化已成為發(fā)展方向。例如，以前采用8－12顆LED管芯的便攜式照明產(chǎn)品，目前只采用1－3顆大功率LED管芯，即可實現(xiàn)更佳的照明效果。
2012－2014年中國半導(dǎo)體照明市場規(guī)模預(yù)測
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責(zé)編：Quentin
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