電氣照明多年前開始發展,目前持續在精益求精,增添智慧功能。照明技術主要廣泛分類為四種照明類型:白熾、螢光、鹵素與 LED (發光二極體)。每一類型以不同技術發光,而且製造方式也個個不同。在這四種技術中,LED 是最普遍的人工照明型態,對於現代社會攸關緊要。當然還有其他較少使用的照明技術,諸如氖、氬、電漿、油、碳、碳化物、金屬鹵化物、鈉蒸氣與氙。

傳統上燈具樣式照明分為兩種樣式:燈與 LED。燈是可更換的元件,能從電力產生光線,可以是白熾燈、螢光燈或鹵素燈。過去以不同方式來看待 LED,但是因為 LED 照明技術突飛猛進,LED 帶來龐大的契機。現今 LED 也包裝為陣列和許多其他組態,在照明設備的外觀尺寸上創新,而且應用範圍比傳統照明技術更寬廣。

顯示較多

隨時掌握新資訊


隨時取得當時的最新資訊和專屬優惠!

立即訂閱

隱私權政策

感謝您的訂閱

做得好!您現在已是精英團體的一份子,產品、技術和應用的最新資訊將直接送進您的收件匣。

高亮度 LED (HBLED)

高亮度 LED 是新一代的 LED,亮度足以照明各種應用,例如室內與戶外照明、建築照明、投影顯示器、顯示器背光、招牌與車輛。顧名思義,這些高亮度 LED 提供的亮度遠高於標準 LED。採用高亮度 LED 的主要原因之一,是發光效率優於其他類型的燈。以每瓦流明數來比較 HBLED 和其他燈是值得的。

高亮度 LED 產生 50 流明以上 (1 燭光 = 12.75 流明)。但是不要和高功率 LED 相混淆。雖然其可能相似甚至相同,但高功率是指其耗電量而非光輸出。一般假定高功率 LED 耗電量高於 1 瓦。

和一般省電燈泡與白熾燈泡相較之下,HBLED 具備高能源效率、能保護生態、低功率,而且壽命長。和標準 LED 相比,高亮度 LED 具有眾多優點,諸如亮度較高、壽命較長、成本較低,並符合 RoHS 製造規範。精密設計的光學元件、多種配電、流明輸出與色溫,使 HBLED 非常適合工業、商業、製造、體育館,以及採用傳統 HID 和線性螢光高棚燈的其他應用。

高亮度 LED 需要很高的正向電流:350 mA,超出微控制器 I/O 能提供的範圍。解決方案之一,是直接從電源為 LED 供電,然後增加 MOSFET 來和 LED 串連,以控制亮度。第二種方案是採用具備數項功能的數位訊號控制器,以精確控制高亮度 LED。這些功能包括每秒取樣率高達 4 百萬次的高速 10 位元類比至數位轉換器、具有彈性的高速 PWM、具有超快 20 奈秒反應時間的高速類比比較器,以及操作速度為 40 MIPS 的彈性時脈方案。

人工照明是以包含下列項目的系統為基礎:燈、鎮流器、啟動器、照明設備與控制元件。放電燈需要鎮流器,以便將燈連接電源。燈、鎮流器和啟動器透過配線與燈座安裝於照明設備中,反光鏡負責分配與重新導向燈放射的光線,遮光片用於為使用者屏蔽眩光。鎮流器為燈供應經過控制的電流,是任何放電照明系統中非常重要的元件。符合 CELMA 能源效率方案等級 A1 與 A2 的電子式鎮流器是主要的省電元件。

為某項應用選擇燈時,應考慮下列特性:發光效率、燈壽命、光線品質、環境狀況的作用、照明設備,以及購買和運作成本。

使用的各型燈包括白熾燈、鎢燈絲鹵素燈、螢光燈、省電燈泡、高強度放電燈、水銀燈、金屬鹵化物燈、高壓力鈉燈,以及無電極燈等。這些燈類型從過去百年以來,在材質、設計、光線品質、能源效率與製造效率方面,均獲得穩定進步。

以白熾燈為例,又名「一般照明用燈」(GLS),光線是由導前電流通過鎢燈絲而產生。白熾燈中鎢燈絲的工作溫度約為 2700 K。因此放射的光線主要落在紅外線範圍。

鎢燈絲鹵素燈是從白熾燈衍生而來。燈泡內的鹵素氣體會限制燈絲的蒸發,並透過所謂的「鹵素循環」,將蒸發的鎢重新沈積回到燈絲上。

螢光燈是低壓力的氣體放電光源,主要是由水銀放電產生紫外線輻射,激發螢光粉而發光。螢光燈的效能受到環境溫度的影響很大。

CFL 是螢光燈的精巧變形。整體長度縮短,管狀放電管經常縮短為二至六根手指長,或成為螺旋形。這種精巧的燈配備內建鎮流器與螺絲或卡口燈頭,能直接取代鎢絲燈。

在水銀燈中,電流通過水銀蒸氣而發光。在大約 2 巴壓力的水銀蒸氣中的電弧放電,會在 404.7 nm、435.8 nm、546.1 nm、577 nm 與 579 nm 的可見波長放射 5 個強烈的光譜線。

LED 驅動器

LED 因現代高效率半導體材質化合物與結構而邁入照明領域。固態照明 (SSL) 為使用者提供眾多的嶄新可能性與優點。透過適當的驅動器、控制策略與 LED,能完全控制照明的品質與數量層面。LED 驅動器是一種低電壓裝置,能將線路電壓 120/220/277 V 的電力轉變為 LED 需要的低電壓,而且還能轉譯控制訊號,使 LED 變暗。LED 驅動器可能是固定電流或固定電壓。這兩種類型的驅動器不能互換,適合哪一種類型的驅動器,是由 LED 的負載設計來決定。LED 燈與 LED 燈具都需要 LED 驅動器。

控制 LED 亮度的方法有兩種。第一種方法是類比調暗,改變通過 LED 的正向電流以調整亮度。第二種方法是數位調暗技術,在短時間中將正向電流切換為開啟與關閉。人眼會將這些開啟與關閉時間予以平均,產生感受到的亮度。

驅動 LED 最便宜且最基本的方式是採用固定電壓供電,以及串連 LED 的電阻器來限制流經其本身的電流。選擇的電阻取決於電壓來源 (VIN) 的強度、LED 正向電壓的值,以及 LED 的正向電流。

線性電源供應 (LPS) 是驅動 LED 的經濟、簡單而且可靠的方式。LPS 以積體電路 (IC) 線性穩壓器,或線性區域中運作的雙極性接面或場效電晶體為基礎。開關模式電源供應器 (SMPS) 沒有線性電源供應器的主要缺點,所以是驅動 LED 的主要解決方案。由於 LED 是直流元件,因此僅考慮直流/直流與交流/直流 SMPS 類型。相較於線性電源供應器,高效率、高控制能力、尺寸小與輕量是主要優點。必要時 SMPS 能以極低電壓提供高電流 (例如 30A 以上)。

若要選擇驅動 LED 的最合適拓撲,則取決於標準、規格與應用需求,例如操作環境條件、系統輸入電壓、LED 正向電壓、LED 數量,以及電路陣列。

智慧型驅動器通常以 ASIC 切換微控制器為基礎,這些微控制器涵蓋可編程快閃記憶體 (EEPROM)、數種晶片式脈衝寬度調制 (PWM) 控制器、ADC (類比至數位轉換器) 與 DAC (數位至類比轉換器) 通道。以微控制器為基礎的 LED 驅動器還為系統提供額外效益,例如操作彈性、效率、可靠度、控制能力與智慧功能。

LED 燈棒與燈條

LED 燈條是一種上面植有 LED 的彈性電路板,幾乎可以黏在任何地方,以增加各種色彩與亮度的強力照明。在全球的現代照明設計中,彈性 LED 燈條的使用正在迅速普及。建築師與照明設計師將 LED 燈條應用於居家、商業與工業專案中的頻率日增。這是因為效率、色彩選擇、亮度與安裝簡易度都日漸提高。LED 燈條 (也稱為 LED 帶燈或長條燈) 市場有許多選擇,例如直流 LED 彈性燈條、交流 LED 彈性燈條與高功率 LED 燈條。

LED 彈性燈條能產生大量光線,可用於任務照明、背光、桌上照明、車庫照明等,也非常適合重點照明、櫥櫃下照明、酒吧照明、冷凍、工業應用、照相與其他。還有會變色的燈條稱為 RGB 燈條。這些 LED 燈能顯示由紅綠藍組合而成的任何顏色。這些燈條需要控制器在閃爍之間變更色彩,或持續顯示選定的顏色。

購買 LED 燈條時,不僅要瞭解燈條的長度,還要注意含有的 LED 數量,這一點很重要。最好能尋求每英尺含 LED 數量最多的燈條。請務必要記錄流明數/長度與 LED 數/長度,因為這於光線品質與燈條提供的光線類型會有重大影響。尋找電源供應器時,第一件事就是要瞭解 LED 燈條需要什麼輸入電壓。某些需要 AC/DC、12V/24V…請確認您知道燈條需要什麼,然後選擇具有該輸出的電源供應器。接著要確認電源供應器瓦數要比 LED 燈條耗用的瓦數高出至少 10%。

LED 燈條採 5 公尺或 16 英尺 5 英吋的線捲 (捲軸) 包裝。用於「自動撿放」彈性電路板上 LED 與電阻器的機器通常長 3 英尺 2 英吋,所以會將個別區段焊接起來以構成一整捲。

LED (發光二極體)

發光二極體 (LED) 是一種半導體裝置,在電流流經它時會發出可見光。光線並非特別明亮,但是在大部分的 LED 中,光線是單色,發生於單一波長。

LED 半導體元件所用的材質會決定其色彩。目前照明系統採用的 LED 有兩種主要類型:磷化鋁銦鎵 (AlGaInP 或 AlInGaP) 合金用於紅、橙與黃色 LED;以及氮化銦鎵 (InGaN) 合金用於綠、藍與白色 LED。這些合金的成份稍有變化就會改變發光的顏色。LED 的輸出可從紅色 (波長約 700 奈米) 至藍紫色 (約 400 奈米)。某些 LED 放射紅外線 (IR) 能量 (830 奈米以上);這種裝置稱為紅外線發射二極體 (IRED)。

與照明應用中採用的最典型光源相較之下,LED 仍然會具有相對低的光輸出,因此將繼續採陣列封裝以及在該應用中實用的其他配置。目前,單一白色 LED 封裝可達將近 100 流明。當然,光輸出視波長而異。LED 因為其高效率與低能量而具有重要地位,已經開始取代最傳統的光源。LED 針對一般照明應用而整合到燈泡與燈具中。LED 的尺寸小巧,提供獨特的設計契機。某些 LED 燈泡解決方案可能在實體上類似燈泡,較能搭配傳統燈泡的外觀。

LED 在照明設備的外觀尺寸上提供龐大的創新機會,而且應用範圍比傳統照明技術更寬廣。LED 採用散熱器吸收 LED 產生的熱量,然後將它消散到周圍環境中。此舉讓 LED 避免過熱和燒毀。LED 在其壽命期間能成功發揮效能的最重要單一因素,就是散熱管理。LED 的運作溫度越高,光線劣化的速度越快,使用壽命也隨之縮短。

Article

2d Lidar

Time of Flight: 2D LIDAR using Time-of-Flight Sensors

Learn how to choose the right ToF sensor to implement 2D LiDAR technology with high accuracy in proximity sensing for automotive applications.

blog

Bluetooth 5 wireless technology

Bluetooth 5 wireless technology for IoT smart sensors

Learn about the Bluetooth 5 wireless mesh networking architecture for smart sensor applications to create a smart IoT community.

Article

Smart Retailing with IoT

Smart Retailing with IoT

IoT devices swap data networks without human interaction, creating opportunities for multiple applications to become smart.

Article

Industrial Smart Facility Management

Industrial Smart Facility Management

How to better ensure functionality, comfort, safety, and efficiency of the built environment system.

power management

Wireless

Motor Control

Lighting

Sensing

Displays

Internet of Things

Industrial Automation

Transportation

Healthcare

Maintenance & Safety

element14 Community