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文子的专栏

    一. LED照明路线分析


   照明灯具设计基于LED发光部分、驱动控制部分和光学散热结构设计的三方博弈。


   1.  发光部分:LED发光芯片光效的不断提高,LED不节能争议慢慢淡去。在未来的几年里,会有进一步的提升,加速LED应用奠定了坚实的基础,灯具设计会变得简单化趋势。封装方式会根据灯具应用而改变,长期以来按照LED散热在发展封装设计,随着针对LED封装散热的理解,更合适专用灯具的封装形式会陆续诞生。LED外延上游投资加大,竞争加剧,下游应用还没有起来,势必会造成LED芯片价格大幅度下降。相比封装成本降低速度要快得多,有些LED成本已经低于封装成本,因此封装技术革新也是LED发展中最重要的部分之一。


   2.  驱动控制:驱动转换效率的提高是最有效的解决办法之一。提高电源转化效率,可以降低整灯功率,是在提升整灯光效,节省散热设计成本。功率因数需求之前的开关电源没有法规要求,可是LED灯具各国以经有了硬性的指标。可靠性、寿命的提高也是当前重要部分。还有对色温,亮度,智能化也是未来的需求的方面,在稍后的时间里。


   3.  光学设计和散热器:光学设计人性化,灯的设计近来发展迅速,还是先沿着替代路线开始。未来LED要发展更合适LED本身的灯具产品,散热结构趋于合理性,更具标准化的模组光源显露优势。新材料散热技术陆续推出,成本会进一步降低。


   我们要给公司一个定位,一个竞争的基点。我们对电源驱动设计比较理解,在这里找到突破点,重点分析制定未来的发展。我们要开发一些新的驱动方式,才能彻底的取消电子变压器、电感及电解电容,才能真正的提升灯具寿命。特备是内置电源的灯具,内部器件高达上百摄氏度,包括电解电容、磁性材料和漆包线均受到短寿威胁。


   分析认为,只有取消短寿的器件LED灯具指标才能综合性的提高,取消电感、电子变压器,电解电容,彻底解决寿命及体积问题。提升电源驱动效率,减小发热源延长灯具寿命。深知只有创新的技术才能让自身跨越式的发展,截获在LED技术演进道路上。只有自主创新,获得更多的知识产权,为后续LED发展铺平道路。


   取消电源不能理解为不需要驱动,更不是不要“电”。而是取消电源中阻碍寿命的部分器件,一种全新的LED驱动方式,取名为《去电源化技术》 。


   二. 高压标称值LED设计


   发展《去电源化设计》必须要发展高压LEDs,多颗LED串接均可以称作是高压LEDs,串接方式有光刻技术、倒装基板连接,COB金线连接、PCB单颗粒焊接等。长运通选择了光刻技术,我们是专业的集成电路设计公司,深知光刻技术的成熟度和生产效率。我们很欣赏倒装技术,要得到能让市场接受的价格,需要时间考验。COB金线连接时,数量太多品质很难保证,金线吸收蓝光效率会降低,金价坚挺,因此COB金线连接只能作为细分市场应用,规模性的普及受限。


   长运通光电研究认为,当前设计灯具多采用单颗粒的低压LED,这是设计灯具需要电源转换的主要原因。要想得到最佳的驱动效率,最好的方式是能让LED电压更接近驱动电压值。这样就不在需要电源转换,恒流源简化的电路结构就可以完成驱动任务。


   长运通光电研究发现,LED有与白炽灯同样的一项特性。白炽灯采用钨丝发光,可以做到1.5-380V电压适应,通过钨丝粗细长短获得不同的阻抗,去适应不同的电压驱动要求。而LED同样可以采用多数量串接,获得不同的高电压值,可见标称值电压是发展高压LEDs的导向标。实际上国外的交流LED和高压LED也是通过光刻技术实现的,正式因为偏离了标称值导向标,一直都没能找到正确的市场定位。


   需要开发几款标称值电压?长运通光电研究认为,各国市电电压主要是110V和220V,在同等功率下串并即可获得到同等功率光源。为此,市电集中开发一款110V-LEDs即可满足照明需要。在低压电源部分,开关电源长期形成12V、24V、36V、48V标称值电压,汽车是12V或24V电压,风力和太阳能均需要铅酸蓄电池储能,需要是12V和24V。为此应着重考虑12V-LED设计,因为24V、36V、48V均是12V倍数,正常情况下LEDs串接,均能灵活的设计产品。


   高压LEDs可以使得我们的设计不再需要电源电压转换,或者沿用传统成熟的开关电源,不需要在开发新的电源系统。同时欢迎新的电源设计支持LED,但是需要能在验证后的电源基础上保证我们的设计灯具寿命,提升LED产品可靠性。


   三. 去电源化设计


   图1是目前主要几种设计方式,AC-LED因其整流桥部分也是采用LED组合设计的,整流桥部分也是发光的一部分。它的优点是体积可以设计最小。缺点是在很小的体积下集中散热,同时还要做绝缘处理,设计成本最高。再因为LED本身反向耐压值偏低,只有10V左右,使的要获得到几百伏的反向整流耐压,要浪费30%LED颗粒。因此,交流LED发展这几年来一直都无法让客户接受的价格。但是分析认为还是会有5%的市场机会,因为交流LED体积最小,在针对体积要求很高的细分市场。


   图1中LV-LED部分是目前使用最多的驱动方式,包括传统的整流桥部分,单颗粒LED,在中间需要一个电压转换电路。电压转换部分沿用了传统的开关电源技术,去电源化设计就是针对电源驱动,开发更合适LED应用电路,在批量的过程中简便可靠,采用传统的开关电源驱动LED以后会受到去电源化技术挑战。去电源化设计是针对照明设计专用驱动电路,在有些数细分市场不能被专用驱动IC所覆盖,还是会使用开关电源,大约会有10-20%市场机会。




   图 1  交流LED、高压LED和低压LED电路示意


   HV-LED是今天重点讨论的部分,正是我们设计高压LEDs,才使得LEDs电压接近驱动电压,不再需要电源转换部分。HV-LED与AC-LED区别是整流桥不在光源的设计范围,在灯具设计增加成熟的整流桥部分,可大大缩减设计成本。HV-LED与LV-LED相比不在需要电源转换,驱动效率及电路设计大大简化。 



   表 1   交流LED、高压LED和低压LED电源驱动参数对比


   从表1测试数据可以看出,交流LED驱动效率是较低的,除功率因数较高外,电气参数普遍偏低。最致命问题是有闪烁感,特别是感光拍摄情况下,没有恒流电路支持,PTC限流驱动方式性能低劣,设计成本与光效率普遍偏低,获得最大的优势就是光源体积最小。UL认证要求光源在±10%波动不能看到光源闪烁,PTC很显然是做不到的。 


   低压LED驱动电源是从开光电源原边反馈电路移植过来的产物,设计电路复杂,恒流精度误差较大。小功率开关电源驱动方式驱动效率充其量设计到80%,LED应用开始要求功率因数,小功率电源并不具备。器件寿命受到限制,内置电源体积也受限,市场机会因此受到局限。 高压LED是因上述问题而诞生的产物,集交流LED和低压LED之优点,驱动效率及恒流精度大大提升,各项参数均优秀,性能价格比高。


   目前推出的去电源化设计有两种方式,其中方式一是:


   彻底取消了电源转电路部分,最简单的整流桥和一颗电容组成,驱动恒流保护电路与光源集成,光源部分是高压LED封装集成。还有一颗电解电容,在各国的认证中并没有禁止使用电解电容,看来很多地方并不能没有它,电解电容的存在带来多项指标提高,还能使得驱动电路最简化。




   去电源化设计方式二:


   这款电流支持全方位可控硅调光,电解电容也被取消,理论上影响寿命的器件全部被取消,驱动效率略逊于方式一,75%效率与小功率开关电源效率相当,可靠性却大大提升。LED为多个高压LED组合分段应用。




   灯具都可以适用去电源化设计,要看市场可否值得定向投入,在一定的规模情况下,去电源化设计性能的优势和成本具有绝对的竞争力。在今天万变不能抵挡成本的时代,去电源化一定占据80%未来主流市场。去电源化设计是一项技术密集型项目,设计战线长,具有综合的技术协调能力才可以完美的完成设计。并且多个环节创新,测试设备也需要开发跨行业整合,考验整体设计团队的凝集力。


   四. 灯具设计发展思路


   按照灯具产品设计光源。一直我们的光源都是依照光源发光及散热考虑,并没有预见性的知道灯具的需求。灯具公司按照既定的光源设计灯具光学散热结构。大多数公司紧跟一线开发,市场起量我跟进。主动研究开发光源偏少,封装处于被动局面,灯具设计受到局限。一个定性的批量灯具,需要更符合这款灯具的光源。


   按功率开发驱动方式,驱动方式的万种,还是有它的局限性。LED灯具主要集中在20W以内的功率,这部分是开关电源最薄弱的地方。20W以上LED应用占不到30%,而且大多采用模块化设计,组合设计大瓦数灯具,所以LED驱动设计集中在20W以内设计即可。


   按灯具综合考虑电路结构,去电源化设计适合大批量的照明产品,综合考虑才能显现优势。

  • 阅读(41862)  |   评论(50)  |   推荐(132)
网友评论
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  • 匿名只要敢想!一定有出路
  • 2012/9/8 19:08:33回复
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  • 匿名1、“去电源化”思路以LED封装为起点,进而推动驱动电路和壳体的改进而降低硬件成本,一条良性的发展模式。HV LED封装技术日趋成熟,但针对“去电源化”的驱动发展似乎没有足够的跟进。
    2、假如上点说到的驱动也随LED光源部分,芯片级模块化,(CYT有这方面的产品了吗?)去电源则会得到更快的市场推广和更加好的发展前景。此时,更简单的制程和稳定的质量,更低的用户价格,会是LED照明行业会进一步拓展市场占有率及陷进组装工业的链路。
  • 2012/2/18 13:02:17回复
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  • 匿名们要给公司一个定位,一个竞争的基点。
  • 2012/1/17 10:27:46回复
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  • 匿名学习了
  • 2012/1/17 10:27:24回复
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  • 匿名谢谢分享
  • 2012/1/17 10:26:48回复
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  • 匿名好专业
  • 2012/1/17 10:26:22回复
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  • 匿名灯具设计发展思路
  • 2012/1/16 11:49:15回复
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  • 匿名按灯具综合考虑电路结构,去电源化设计适合大批量的照明产品,综合考虑才能显现优势。
  • 2012/1/16 11:48:46回复
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  • 匿名高压标称值LED设计
  • 2012/1/16 11:48:25回复
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  • 匿名LED照明路线分析
  • 2012/1/16 11:48:05回复
  • 发表评论(已有50条评论)
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