信息技术导论结业论文.doc

照明电子技术的发展现状与未来唐明明摘要：追求节能、环境友好和生活舒适是时代对照明技术的新要求。现着眼于照明技术的应用和研究热点，对当前正在逐步推广的高强度气体放电灯和被视为最有前途的固态半导体照明LED照明两个领域，并结合电力电子技术在这些领域的应用和发展总结了它们的研究和应用现状并展望了未来的技术研究走向。另外，还综述了近年来结合网络技术、通信技术、控制技术和电力电子技术以及正在成为研究热点的照明系统网络技术的现状和最新进展。关键词：照明；网络；高强度气体放电Development Status and Future of Lighting Electronics TechnologyTangmingmingAbstract：The application and study hotspot of the lighting technology were emphasizedStatus of Research and application in two main lighting areas，including High Inst Gas Discharge(HID)lamp and Solid State Lighting(SSL)-high lighting LED technology，is discussed and the future study trend is presented combining application and development of power de technology In addition1ighting system new d(technology a seam hot and flew inter combining networkcommunicationcontrol and power electronics technology is summarizedKeywords：lighting；networkhigh intensity gas discharge；solidstate lighting正文一、高压气体放电灯电子镇流器高压气体放电灯(HID灯)由于具有光效高、寿命长、发光体积小、控光性能好、光利用率高等特点，已成为近代照明的主流产品之一。广泛应用于道路、工厂、体育场馆、机场等强调高照度、高可靠性的场合。因此HID灯及配套电子镇流器的研究和应用工作都在不断扩大和深入。传统镇流器不仅存在效率低，体积大等缺点，而且由于其不可控、不适宜调光等缺点，已经不能满足现代绿色照明和节能的需求。电子镇流器恰恰可以克服这些问题，因此电子镇流器的研究和应用势在必行。二、HID灯1.HID灯建模HID灯建模就是要建立HID灯电参数的数学关系表达式。该数学模型可以指导电子镇流器的设计，也可以帮助研究系统效率和功率分布等特性，将得到的模型通过软件仿真，可以节约成本，提高设计效率，并且能检验设计思想的有效性。2.紫外线灯电子镇流器紫外线灭菌灯作为一种高效且使用方便的消毒设备，广泛用于卫生防疫、生物制药、食品科研等部门。目前的研究表明紫外线光源强度不但与紫外线灯管本身质量及温度、湿度有关，而且与镇流器有较大关系。因此如何使紫外线灯系统工作在最大辐照度状态保证其杀菌效果是紫外线灯电子镇流器的研究热点。目前。国外的处理方法是引入紫外线辐照度反馈信号，利用单片机等数字控制器进行反馈控制，以保证辐照度的可控性。该方法在一定程度上可以实现辐照度的最优化控制：但缺点是只能适应某一固定型号的紫外线灯。即与镇流器匹配的负载是固定的，缺乏普适性旧。国内已有文献分析紫外线灯的辐照度与灯电压的对应关系。或者环境温度与灯辐照度的关系。但是还没有文献对建立起具有普适性紫外线灯模型来指导紫外线灯电子镇流器设计的报道。因此这方面的工作将是紫外线灯镇流器的研究热点。3.低压钠灯电子镇流器低压钠灯作为光效最高和光衰较小的光源与太阳能光伏系统、风力发电系统(直流供电)结合将使电子镇流器的节能效果更加明显。目前，我国低压钠灯的推广使用非常有限不过一些高校已经开始了相关的研究并取得了突破性进展。三、照明网络发展1.电子镇流器电子镇流器在节能和绿色照明方面的优势更多的体现在其控制的灵活性和可调光性，因此电子镇流器的调光技术及照明网络技术的研究已成为目前城市公共照明的一个热点，网络照明系统一般以中央控制器为核心，通过某种网络通信方式，结合各种传感器信号融合技术，实现远程本地所有照明系统的电力供应和调光控制。传统照明控制方法和网络化照明的优势目前经常采用节能措施包括：光控开关控制、定时开关灯控制、光控+定时开关控制、稳压控制、降压调光控制和声控+延时控制。这几种常见的照明控制方式在一定程度上解决了照明自动化问题和节能问题，但是还存在一定的不足之处，主要表现在：控制策略单一、无法实现场景模式控制、无单灯控制、无照度控制或难于实现和缺乏故障检测。网络照明的优势则主要体现在以下几方面：照明节能化。可以实现照度“按需分配”。使用环保化。合理分配每个电光源的工作时间，有效延长灯具使用寿命，减少资源消耗。控制智能化。实现照明控制全面智能化。维护实时化。可以实现照明故障的自动检测和报警，使系统得到更为及时的维护。服务人性化。实现“局部控制”与“整体控制”的有机结合，使照明服务人性化得以实现。2.常用网络化照明系统的种类及特点常用网络化照明系统包括x一10DALI，EIB，Cbus和PLC等。x一10是全球第一个利用电力线载波来控制灯饰及电子电器的产品并将其成功地商业化。该技术的通信距离一般为lOOxO3048m，包含一套完备的电力线载波通信控制协议，因此也称其为x一10协议。x一10的关键技术主要有零交叉检测、载波调制与解调、数字通信规约。X一10的主要优点在于：无需增加任何布线实现起来简单方便：构建家庭小规模自动化网络成本低具有良好的经济性：控制可达256只灯或家用电器；运行可靠性高。该系统的原理简单、实用，在欧荚已有近30年的成功应用。被认为是家居智能化的一种重要手段。3.网络化照明发展趋势随着技术发展和人们对生活质量要求的提高，对城市公共照明系统也提出了新的要求。其发展趋势可以体现在以下几个方面，即：精确化控制、多场景控制、网络化控制、节能与快速反应n01。节能环保与绿色照明是当今和未来照明领域的重要发展趋势；提高城市照明系统的实时监控，提高城市照明维护响应速度是现代技术发展的必然结果。四、LED照明技术采用发光二极管(LED)作为照明光源的照明称为半导体照明，是半导体技术在照明领域的最新应用。据预计，仅仅在美国，随着可实用化LEDs照明的发展，到2020年，可以减少50的照明用电能量，每年节省51012kWh的电能，减排258亿吨的二氧化碳，缩减133座电厂。大大减少照明产生的垃圾，同时因其具有高光效和高显色性及多颜色等的优点，所以LED照明极具前途。下面就LED照明的优点以及存在的一些影响其发展而迫切需要解决的问题加以论述。1.LED器件的发展LED器件是SSL照明的基础，目前在这一方面有若干个关键的技术需要有所突破或者需要加快研究。这些关键技术有助于提高LED器件的光提取效率，减少热损耗，有助于高性价比LED器件的规模制造。它们包括：LED照明灯具结构、高亮度白光的获得方法、提高单颗LED器件的功率等级，衬底、外延和缓冲层生长层的研究、内量子效率的提高和LED器件总体效率的提高以及仿真建模工具等各个层面。它们包含了器件、系统和应用的各个层面，从各个方面都影响到LED照明的推广和规模化。所以目前研究的侧重点应该集中在新材料(衬底、外延层、缓冲层、密封剂、粘接剂等)、新工艺(半导体表面纹理、白光获取方法、低缺陷设计等)等方面。能够在这些领域取得突破才是LED能够广泛应用于照明领域的根本所在。2.LED驱动技术的发展半导体器件是典型的低电压导通直流器件，因此，驱动电路的典型结构包括将电网的交流电压变换为直流电压的前级电路以及能够降压供给LED工作的后级电路。后级为LED提供恒流源，并提供输出功率调节，但极长的预期寿命也对电路的设计提出了挑战。对于驱动电路来讲，由于单颗LED的功率偏低，因此大多时候需要将LED做成阵列结构，将LED串、并联连接。这时需要考虑以下几个方面：如果串联结构中单颗LED由于损坏而开路，其他LED是否还能正常工作；并联结构的每一路都要实现恒流供电；3.LED的热管理设计白光LED不能依靠辐射释放。其散热主要是传导和对流；LED器件的温度升高会对其性能和寿命产生严重的影响。因此在没有大幅度的提高内量子效率和光提取效率的目前，如何提高散热能力是大功率LED实现产业化亟待解决的关键技术难题之。封装材料、密封和粘接材料以及封装结构和工艺直接关系到器件的散热，已经有相当的研究者提出了一系列的方法，但总的来说，体积仍然随着功率等级的提高大幅度的增加，严重的限制了LED在通用照明的推广和竞争能力。所以，散热设计仍然是LED器件应用的研究热点。五、总结与展望节能环保与绿色照明是照明领域的重要发展趋势。电子镇流器技术这个新兴行业，在国际上仍处于发展和完善阶段。在我国尽管已引起足够的重视，但仍是刚刚进入市场，其理论研究和生产能力还远不能满足市场的需要。因此现代电子镇流器仍具有很广阔的研究和应用前景。其主要的研究热点将围绕以下方面：软开关技术研究、新型拓扑结构研究、磁集成技术研究、数字控制器的使用、新型功率开关器件的使用以及专用控制芯片的研究。随着技术发展和人们对生活质量要求的提高，网络照明系统发展趋势可以体现在：精确化控制、多场景控制、网络化控制以及节能与快速反应。在乐观的看待LED照明发展的同时，也应看到，LED照明仍然存在着很多急需解决的问题。近期LED照明应用的研究热点是：LED散热