大眾LED照明新技術(shù)發(fā)展近況與前景

 LED照明產(chǎn)業(yè)發(fā)展紅紅火火，LED照明新技術(shù)層出不窮。但是LED照明燈具進(jìn)入千家萬(wàn)戶(hù)的老百姓的家中始終步履蹣跚，很難跨入老百姓家門(mén)這段距離最短的一步。究其原因就是LED照明燈具的價(jià)格居高不下，普通平民百姓還是買(mǎi)不起!如何解決這個(gè)囧境?需要我們LED照明科技工作者發(fā)揮創(chuàng)新智慧，尋找解決方案，造福全世界大眾百姓。

2013年將是大眾照明平價(jià)LED燈具競(jìng)相設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、上市之年，大眾照明平價(jià)LED燈具的性?xún)r(jià)比PK將決定新研發(fā)的平價(jià)LED燈具的生命力、競(jìng)爭(zhēng)力、和海量生產(chǎn)力;大眾照明平價(jià)LED燈具應(yīng)是全世界老百姓都能用得起的普通消費(fèi)電子產(chǎn)品，它的零售價(jià)格應(yīng)當(dāng)接近甚至低于目前熒光節(jié)能燈的價(jià)格。因此，設(shè)計(jì)性能適合而性?xún)r(jià)比有競(jìng)爭(zhēng)力的平價(jià)LED燈方案是關(guān)鍵。低成本解決目前現(xiàn)有的低壓LED光源(LVLED)因低電壓(VF)和大電流(IF)工作時(shí)的發(fā)燙瓶頸一直求而無(wú)解;但是創(chuàng)新的多芯封裝HVLED,它的高電壓(VF)、小電流(IF)工作條件緩解了LED光源的發(fā)熱程度;LED驅(qū)動(dòng)恒流電源芯片經(jīng)過(guò)中外電源芯片集成電路設(shè)計(jì)者的努力，功能集成度高，應(yīng)用電路簡(jiǎn)潔，性?xún)r(jià)比好的芯片層出不窮;近年導(dǎo)熱塑料散熱器、塑包鋁散熱器的出現(xiàn)解決了LED燈具狹小空間的隔離技術(shù)難題。因此，普惠老百姓買(mǎi)得起、用得好的大眾照明平價(jià)LED燈具的海量生產(chǎn)、海量上市的美好時(shí)代已經(jīng)十分臨近了!

LED燈珠技術(shù)革新變化大

LED燈珠封裝技術(shù)的創(chuàng)新，使得LED光效每月都有所提升，LED燈珠的價(jià)格不斷下降，高壓LED(HVLED)技術(shù)日趨成熟，降低LED燈具腔體熱度成為現(xiàn)實(shí)。平價(jià)LED燈具適用的LED光源模組有COB、COF和多芯封裝HVLED,市場(chǎng)苛求LED光源模塊成本在RMB1.00-0.80/W,其中COF和多芯封裝HVLED可能被平價(jià)LED燈具優(yōu)選。

LED封裝新技術(shù)有把LED管芯封裝在鋁基板上的“COB”(chip on board)，不采用打金線(xiàn)而用覆晶和共晶技術(shù)生長(zhǎng)引線(xiàn)的“覆晶和共晶COB”,將LED管芯直徑綁定在銅支架上的“COF”(chip on Frame)，無(wú)需打金線(xiàn)和封裝、在LED制造過(guò)程中直接制成最終客戶(hù)能使用的“ELC”(embedded LED chip)，在一個(gè)單位里封裝2、3、4、6、8顆LED管芯的“多芯封裝的HVLED”,將N顆LED燈珠串聯(lián)成HVLED應(yīng)用。這六種LED封裝新技術(shù)都給LED燈具設(shè)計(jì)帶來(lái)了新思路(圖1)。LED光源的創(chuàng)新封裝技術(shù)，引導(dǎo)發(fā)展高電壓小電流LED光源，降低了LED光源板的發(fā)熱程度，平價(jià)LED燈具設(shè)計(jì)因此有了新選擇。COF典型產(chǎn)品如圖2所示，ELC產(chǎn)品如圖3所示

圖1：LED燈珠封裝新技術(shù)

圖2：COF典型產(chǎn)品

圖3：ELC產(chǎn)品

非隔離恒流驅(qū)動(dòng)電源漸成主流

大眾照明平價(jià)LED燈適用的LED驅(qū)動(dòng)電源有非隔離開(kāi)關(guān)恒流源、PSR隔離開(kāi)關(guān)恒流源和高壓線(xiàn)性恒流源。

非隔離開(kāi)關(guān)恒流源適用于高電壓、小電流LED負(fù)載的應(yīng)用，主要是多芯封裝或N顆串聯(lián)的HVLED光源。非隔離開(kāi)關(guān)恒流電源的優(yōu)勢(shì)是低成本、高效率、小體積，非隔離開(kāi)關(guān)恒流電源產(chǎn)品采用單繞組電感，可以降低成本、提高生產(chǎn)效率;內(nèi)置不同大小高壓MOSFET提高應(yīng)用電源的性?xún)r(jià)比;電感和PCB在不同功率電源中可以通用，以利生產(chǎn)工廠減低庫(kù)存。典型的非隔離開(kāi)關(guān)恒流電源電路如圖4所示，由于芯片的功能高度集成，因而應(yīng)用線(xiàn)路十分簡(jiǎn)潔。圖5是PHILIPS的2.5英寸的3.5W(7X0.5W)LED筒燈，它的非隔離開(kāi)關(guān)恒流電源采用上海晶豐明源的BP2802芯片。日本在核電事故之后也大力推廣非隔離開(kāi)關(guān)恒流電源的LED燈具，主要考量是效率的利用，日本政府在居民購(gòu)置LED燈具時(shí)直接補(bǔ)貼價(jià)格的50%,是推動(dòng)老百姓大量選用LED燈具的源動(dòng)力。眾多LED燈具中外制造商關(guān)注LED燈具的效率，因此，非隔離恒流驅(qū)動(dòng)電源逐漸成為大眾照明LED燈具電源的主流之一.

圖4：典型的非隔離開(kāi)關(guān)恒流電源電路

圖5：PHLIPS筒燈采用非隔離開(kāi)關(guān)恒流電源

PSR隔離恒流電源性?xún)r(jià)比富競(jìng)爭(zhēng)力

PSR(原邊控制)隔離恒流電源性?xún)r(jià)比富競(jìng)爭(zhēng)力，PSR隔離恒流電源適用于大電流、低電壓的LED燈珠，即目前廣泛應(yīng)用的低壓LED(LVLED)燈珠。創(chuàng)新設(shè)計(jì)的PSR隔離恒流源芯片，功能高度集成使得應(yīng)用電路十分簡(jiǎn)潔，導(dǎo)致燈具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，易過(guò)安規(guī);對(duì)芯片內(nèi)部的算法創(chuàng)新，使得它對(duì)變壓器的電參數(shù)不敏感，變壓器減至只有2個(gè)繞組，降低成本，提高生產(chǎn)效率;內(nèi)置不同大小高壓MOSFET提高性?xún)r(jià)比。典型的PSR隔離恒流電源電路如圖6所示，采用BP3122開(kāi)關(guān)恒流源芯片，5W電源的BOM成本在RMB2.00元。深圳谷科半導(dǎo)體這個(gè)電源的每月產(chǎn)量達(dá)6-10KK個(gè).

圖6：典型的PSR隔離恒流電源電路

高壓線(xiàn)性恒流驅(qū)動(dòng)電源簡(jiǎn)潔低廉

高壓線(xiàn)性恒流驅(qū)動(dòng)電源是配合高電壓小電流HVLED的新一代大眾照明LED驅(qū)動(dòng)電源技術(shù)，它沒(méi)有來(lái)自自身升降壓的開(kāi)關(guān)頻率，應(yīng)用電路沒(méi)有磁性器件、沒(méi)有電解電容器;因而它具有較高的效率，較高的PF,較低的THD;并可很方便地兼容可控硅調(diào)光器;它工作在高電壓小電流，因此HVLED燈板的發(fā)熱較低。

高壓線(xiàn)性恒流電源方案中，由于沒(méi)有變壓器等磁性器件，沒(méi)有電解電容器，因而可省卻一般開(kāi)關(guān)恒流電源成本的三分之一，應(yīng)用電路簡(jiǎn)潔，成本低廉;導(dǎo)熱塑料散熱器的引入又解決隔離安全技術(shù)問(wèn)題，因此，高壓線(xiàn)性恒流源在一體化光電模塊(或稱(chēng)一體化光電引擎)、平價(jià)LED燈具中的應(yīng)用將迅速發(fā)展。典型的高壓線(xiàn)性恒流驅(qū)動(dòng)電源如圖7所示。

圖7：典型的高壓線(xiàn)性恒流驅(qū)動(dòng)電源電路

高壓線(xiàn)性恒流源是一種分段點(diǎn)亮LED的電源新技術(shù)，市電經(jīng)過(guò)橋式整流產(chǎn)生脈動(dòng)直流，脈動(dòng)直流的包絡(luò)線(xiàn)等同于交流電AC的正弦波，根據(jù)母線(xiàn)電壓的正弦波變化自動(dòng)切換LED燈串，隨著母線(xiàn)電壓的上升依次點(diǎn)亮三串LED燈珠。當(dāng)母線(xiàn)電壓上升，達(dá)到第一串LED導(dǎo)通電壓時(shí)，MOS1打開(kāi)，LED1燈串點(diǎn)亮;當(dāng)母線(xiàn)電壓繼續(xù)上升，達(dá)到第一、二串LED導(dǎo)通電壓之和時(shí)，MOS2自動(dòng)打開(kāi)，LED1和LED2燈串同時(shí)點(diǎn)亮;當(dāng)母線(xiàn)電壓繼續(xù)升高到三串LED均可導(dǎo)通時(shí)，MOS3打開(kāi)，LED1,LED2和LED3燈串幾乎同時(shí)點(diǎn)亮。如果母線(xiàn)電壓下降，則過(guò)程相反，分段導(dǎo)通狀況如圖7內(nèi)附左下小圖所示。

分段點(diǎn)亮非隔離線(xiàn)性恒流LED驅(qū)動(dòng)電源最大的優(yōu)點(diǎn)是體積小、成本低、高功率因數(shù)和長(zhǎng)壽命，沒(méi)有變壓器和電感器，也沒(méi)有電解電容器;PFC可達(dá)0.90-0.99.缺點(diǎn)是LED光效利用率還低了一點(diǎn)，一般為70%~90%;還有一定的使用局限性，即輸入電壓范圍需要在20%的范圍之內(nèi)，輸出LED燈珠電壓也需要在10%的范圍之內(nèi)，否則效率會(huì)不理想。因此，在用高壓線(xiàn)性恒流驅(qū)動(dòng)芯片做LED照明驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)時(shí)，需要針對(duì)不同的AC電源使用電壓、不同的LED燈具的功率和不同的線(xiàn)性驅(qū)動(dòng)芯片做不同的應(yīng)用電路方案設(shè)計(jì)。

一體化光電引擎成燈具廠新寵

由于有了HVLED,特別是多芯封裝的HVLED,和應(yīng)用簡(jiǎn)潔的高壓線(xiàn)性恒流驅(qū)動(dòng)芯片，設(shè)計(jì)在鋁基板的同一面SMD LED燈珠和整流橋堆、電源驅(qū)動(dòng)芯片的一體化光電模塊成為一個(gè)創(chuàng)新產(chǎn)品(圖8)。按照LED燈具功率設(shè)計(jì)的一體化光電模塊實(shí)物如圖9所示，將它與導(dǎo)熱散熱器緊密連接就成為各種球泡燈、筒燈、工礦燈內(nèi)部的核心器件，它也可按照Z(yǔ)hang的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)制造成LED照明燈具中的一種標(biāo)準(zhǔn)化的通用部件

圖8：一體化光電模塊的原理

圖9：一體化光電引擎實(shí)物

平價(jià)LED燈具成終結(jié)海量產(chǎn)品

大眾LED照明燈具能被全世界老百姓用得起、用得好的一定是高品質(zhì)、經(jīng)濟(jì)型平價(jià)LED燈具，因此平價(jià)LED燈具的性?xún)r(jià)比顯得十分重要。大眾LED照明燈具需要有高科技的技術(shù)、有精致成熟而簡(jiǎn)單的工藝、有低廉的成本才能成為普惠百姓的海量產(chǎn)品。LED照明燈具市場(chǎng)是一座金字塔，高端產(chǎn)品只能是其中很少的一部分，大眾照明燈具是其下層的海量需求所在。

由于LED燈珠封裝技術(shù)的創(chuàng)新，COF和多芯封裝的HVLED成為平價(jià)LED燈具的首選光源;由于LED驅(qū)動(dòng)電源芯片設(shè)計(jì)技術(shù)的創(chuàng)新，功能高度集成化，應(yīng)用電路越來(lái)越簡(jiǎn)化，PSR隔離開(kāi)關(guān)恒流源驅(qū)動(dòng)芯片、高壓線(xiàn)性恒流源芯片成為平價(jià)LED燈具的首選電源芯片。

以COF光源和PSR隔離開(kāi)關(guān)恒流源芯片為主的5W平價(jià)LED球泡燈整體方案如圖10所示，其BOM成本已經(jīng)可以控制在RMB10.00元。深圳雷豐光電等數(shù)家公司已經(jīng)大批量生產(chǎn)。成熟的整體方案中，優(yōu)秀的瑞豐光電COF光源和頗具性?xún)r(jià)比的晶豐明源驅(qū)動(dòng)電源芯片成為這個(gè)方案的核心器件

圖10：COF和PSR隔離開(kāi)關(guān)恒流電源的平價(jià)LED方案

以高電壓(VF=35-140VDC)、小電流(20-60mA)多芯封裝HVLED光源和高壓線(xiàn)性恒流芯片為主的一體化光電模塊(或稱(chēng)一體化光電引擎)、非隔離平價(jià)LED燈具整體方案如圖11所示。5W的平價(jià)球泡燈，采用導(dǎo)熱塑料或塑包鋁的散熱器解決了安全隔離技術(shù)，其BOM成本可以控制在RMB15.00元。優(yōu)秀的寧波美亞光電多芯封裝HVLED光源和技術(shù)先進(jìn)的達(dá)鑫電子、美芯晟的三段點(diǎn)亮高壓線(xiàn)性驅(qū)動(dòng)芯片成為這個(gè)方案的核心器件。

圖11：多芯封裝HVLED與高壓線(xiàn)性恒流電源的平價(jià)LED燈方案

先進(jìn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念、成熟的生產(chǎn)工藝、可靠的品質(zhì)保證、新一代導(dǎo)熱塑料散熱器的加盟(圖12)，使得適合大眾照明的平價(jià)LED燈具的設(shè)計(jì)生產(chǎn)變得簡(jiǎn)單易行，性?xún)r(jià)比不斷接近老百姓的理想價(jià)位;由于LED產(chǎn)業(yè)鏈的上游企業(yè)提供了較為完整和成熟的可用于生產(chǎn)的方案，使得下游LED燈具企業(yè)設(shè)計(jì)重心移至燈具造型的差異化和創(chuàng)新多樣化設(shè)計(jì)，以及燈具結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

圖12：導(dǎo)熱塑料散熱器