LED应急照明集成技术研究的创新性及成果

    随着我国经济的持续高速增长，能源消耗不断增加，能源紧张的矛盾日益突出。“研究开发高效节能、长寿命的半导体照明产品”被列入国家中长期科学和技术发展规划（2006-2020）“能源”领域“工业节能”优先主题，我国半导体照明产业的发展正迎来自主创新、实现跨越式发展的重大历史机遇。　　　　2008年我国南方地区先后发生冰雪和地震重大自然灾害，电力中断，严重影响了救灾工作和灾区人民的生活，应急照明产品在救灾抢险、医疗救护等方面显得尤为重要，特别是LED具有体积小、寿命长、效率高、低电压、使用安全、节能等一系列优点，因此科技部将“LED应急照明高效驱动技术与系统可靠性研究”列为2008年863课题进行研究和开发。　　　　一、LED应急照明应用的重要性　　　　应急照明是现代公共建筑及工业建筑的重要安全设施，它同人身安全和建筑物安全紧密相关。当建筑物发生火灾或其它灾难，电源中断时，应急照明对人员疏散、消防救援工作，对重要的生产、工作的继续运行或必要的操作处置，都有重要的作用。通过LED照明应用产品的研发和推广应用，可以改变我国目前日常照明与应急照明一体化产品匮乏、不能在紧急情况下保证生产生活要求的现状；结合国家节能减排目标的实施，应研制系列民用应急半导体照明产品，此类照明产品除了在日常使用中达到节能要求外，在发生紧急情况时提供足够的光照度及照明时间，用于逃生、抢救财产及修复电力系统。开发在特殊应急环境中自带发电功能的照明产品，达到携带使用方便、可多次循环使用、具有自身防护功能的目标。　　　　火灾、地震等自然灾害发生时，应急照明灯是逃生、救灾等的必需设备，预计未来3年内具有应急功能的半导体照明系列应用产品市场需求将超过20亿元。随着我国经济的发展，社会的安全意识和安全标准都有了很大的提升，其中对应急照明产品的要求也越来越高。这不但要求此类产品满足应急需求，还要具备节能、人性化、高可靠性等性能，而应急半导体照明的最大优势正在于此。同时，随着我国经济和社会的发展，救灾抢险、野外施工等离网及恶劣环境下的照明需求越来越高，也对应急半导体照明产品产生了巨大的市场需求。　　　　“应急照明高效驱动技术与系统可靠性研究”课题的目标是以应用促开发，突破LED照明应用急需的产业化关键技术，完善半导体照明产业链。通过照明灯具设计、二次光学设计、散热设计、光源结构设计、驱动电路等应用技术系统集成，促进国产化器件在国内产品的规模化应用。　　　　主要研究应急照明专用LED光源开发、LED应急照明灯具设计、LED应急照明灯具二次光学配光设计及整体散热设计、应急照明专用驱动电源和智能控制系统开发等内容。　　　　主要考核指标为LED光源的发光效率≥100lm/W,热阻：≤9℃/W,灯具发光效率≥80lm/W,色温：3000-6000K;显色指数：≥80;电源功率因数≥0.9,电流总谐波失真≤20%,电源转换效率≥80%.　　　　2010年课题完成时，灯具效率达到80lm/W,申请专利5-10项，可满足抗震救灾、野外勘探、军事等应急照明领域的迫切需求，有助于解决应对突发事件的照明保障，建立常年应急照明产品供应机制，实现在灾区重建、西部开发、新农村建设等的示范应用，加快节能减排的有效推广，提升我国半导体照明行业的国际竞争力。　　　　二、LED应急照明集成技术研究的难点和创新性　　　　LED应用在应急照明上还是刚刚起步，对驱动电路的设计、应急功能的选择及应急灯具的结构设计有待研究，特别是在应急照明的标准和应急灯具的可靠性研究上还处于滞后状态。其主要技术难点如下：　　　　1、LED封装技术：科学、合理的LED封装结构，是提高LED光源取光效率和光电转化效率的技术关键。因此根据LED应急照明灯具的要求设计合理的LED封装结构，达到光衰最小化，满足散热要求是LED光源设计的难点。　　　　2、LED散热技术：LED的封装散热问题已经成为制约大功率LED发展的关键性因素。为有效解决大功率LED散热问题，将采用有效的散热与不劣化的封装材料，将LED热量有效传导，并解决光衰问题。　　　　3、二次配光技术：应急照明灯具最重要的参数是满足室内照明与应急照明的要求，其主要参数有平均照度、照度均匀度和维持照明时间，通过二次光学设计，结合LED的发光特点，设计符合配光要求的光学结构满足应急照明使用要求。　　　　4、LED智能控制技术：从LED光源的特性，研究数字智能化控制方式及驱动电源。研究适合于应急照明模式要求的最佳控制方式；研究与各种传感器结合的控制方式，研究适合于应急照明光源的驱动电源及应急电源可靠转换技术。　　　　5、应急照明灯具检测方法、可靠性评价方法及相关标准规范的编制和起草。

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