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专家解说：片面剖析无电解电容LED光引擎打算

【导读】深刻来说，凡是把恒流驱动源放到LED铝基板下来就成为光引擎。目前市面上简直一切的LED光引擎都是驳回无电解电容的打算，这种打算不只效率低，参与灯板的热量，降落LED经常使用寿命，而且还存在有LED应用率低上等诸多缺陷。因此如何才干使LED光引擎成为事实的关键技术？请看专家详细解说。 迄今为止，“光引擎”还没有一个十分严厉而又确切的定义，致使不少读者还不知道究竟什么是光引擎。有人把它定义为“LED光引擎(lightengine)是指蕴含LED封装(组件)或LED数组(模块)、LED驱动器、以及其它亮度、热学、机械和电气组件的全体组合。该装置要经过一个与LED灯具婚配的惯例衔接器间接衔接到分支电路，该LED灯具设计成不经常使用规范灯座。”这个定义看下来如同很完整，但是往往会使人困惑，由于它还包括了“其它亮度、热学、机械和电气组件”。其实可以十分便捷地给光引擎下一个定义：那就是凡是把LED光源和LED驱动电源联合为一个模块的就可以称为光引擎。更深刻一点的可以这样来说，凡是把恒流驱动源放到LED铝基板下来就成为光引擎。有人把COB LED称为光引擎，显然不对，由于它没有集成恒流驱动源，没有“驱动”，怎样能够称为“引擎”？从电源的种类又可以分为直流光引擎和交换光引擎两大类。不过，以后由于室内灯具开局少量驳回光引擎，所以咱们更多关注交换市电的光引擎。那么是不是整个LED灯具也可以称为光引擎呢?当然无法以。正如整个汽车不能称为引擎一样，引擎是汽车的动力总成，但是不等于汽车，还要加上外壳才干成为汽车。之所以须要有光引擎这样的产品，是由于一切的灯具备各式各样的外观。有些灯具甚至可以称为艺术品。就拿白炽灯来说，可以说它只要最便捷的灯泡一种方式，顶多再加上蜡烛灯或极小的圣诞灯。可是它的形状可是有各式各样的。尤其是水晶灯更是各式各样的工艺美术品，极端华美。但是LED还必需加上极端复杂的恒流驱动源才干相当于一个白炽灯一样上班(接上220V就可以亮)。假设把LED做成光引擎，它就也像白炽灯一样接上220V就可以亮(当然还须要有与其相配的散热器)。这样一方面有助于规范化，另一方面也可以大大地便于外壳(和散热器)设计者施展其所能。 驳回光引擎的好处 很多人以为推行光引擎的关键目的是为了规范化以参与其调换性。其实这种规范化并不应该只从光引擎着手，而是应该在一致散热器和光引擎之间的接口上着手。就拿LED球泡灯来说，须要一致的基本上就是光引擎和散热器的尺寸，详细触及到定位螺钉孔和散热器的定位螺钉孔的尺寸位置。即使是这么详细的疑问，也还有很多难处。由于它是和瓦数和散热器的散热才干都有相关。所以推行光引擎不能只从调换性的好处来着眼。可以说推行光引擎的最大好处有以下几个方面： 1.降落LED照明灯具厂家研发费用，缩短产品消费周期 由于一切LED灯具的光学和电气目的都由光引擎消费厂家制订了。甚至还介绍了相应的散热器。灯具厂家只需把光引擎装置到散热器外面去就可以了。灯具厂商甚至不须要阅历丰盛的光学、电子工程师，也不须要购置低廉的光学和电子仪器设施。换句话说，光引擎可以大大降落LED灯具厂的准入门限，但却不会因此而降落LED灯具的产质量量。当然这要求光引擎的消费厂家自身就要有极高的水平才行。 2.推行光引擎可以大大减速LED灯具的推行 最近几年随着白炽灯的禁产，LED灯具行将迎来爆炸式的增长。LED灯具厂如雨后春笋般的少量涌出。这只管是一种肯定趋向，但是也带来了很多疑问，尤其是表如今LED灯具的质量上的参差不齐和各个厂商之间的无序的多少钱战。LED光引擎的产生可以在很大水平上处置这类疑问。由于质量是由几家消费光引擎的大厂选择，多少钱也无法能有太大的出入。这就大大地缩小了由无序竞争而惹起的内讧。有助于LED灯具产业的高速开展。 3.优化了LED灯具的全体性能 例如提高了全体光效，这里是指包括电源效率在内的全体光效，当然关于整灯来说也还应当包括灯罩的透光率(不过这不是由消费光引擎的公司担任，而是由消费散热器的公司担任)。也可以提高色温，显色指数等目的。 4.降落了老本 至少可以省去了恒流驱动源的印制板，及其消费老本。目前来说，最便捷而最关键的就是用于LED球泡灯的光引擎。上方咱们就来看一下这种光引擎的构成。[page] LED球泡灯的光引擎 关于球泡灯来说，它的构成曾经是十分凑近规范化的了。它关键是由三大局部构成：LED光源、恒流驱动电源、散热器和外壳(包括灯头和灯罩)。 所以假设就拿LED球泡灯来说，假设要做成光引擎就必需把它的电源板和LED板分解为一块板，可以看出其难度是很大的。 1、 开关 电源不适宜做光引擎 开关电源只管性能比拟好，效率也比拟高，但是最大的缺陷就是元件数目十分多，要和LED灯板集成在一同有很大难度。有人就曾经试图这样做，其结果是十分拥堵(见图2) 从这张照片可以看出，整个开关电源简直占据了70%以上的面积，而把LED的空间减到最小。这种结构显然是无法行的，由于它岂但减小了LED的发光面积，也挡去一局部光线。而且最大的疑问是减小了LED的散热面积。图中看来或许是5个1W的LED。假设要做成9W或10W的球泡灯更是齐全无法能成功的了。[page] 2、线性电源可以缩小元件数但效率过低 为了缩小元件数，最便捷的方法是改用线性电源，理论线性电源只要5-6个元件，这样就可以大大减小所占用的面积。目前市面上的光引擎大少数都是驳回无电解电容的线性恒流源，无电解电容打算是美国ExClara公司于2011年8月提进去的，以后有6-7家公司模拟他们的思绪开收回相似的芯片。它的基本原理就是在输入交换电压波形的不同值时接入以不同恒流值驱动的LED串，以获取和交换整流以后半个正弦波形相婚配的电流波形，从而可以获取凑近于1的功率因数。这个可以从这种芯片的外部结构图和波形图来了解。图3就是美国Supertex公司的CL8801芯片的外部结构图。 它的电流和电压波形如图4所示。由图中可以看出，当交换电压回升至某一值时第一个开关接通，第一串LED导通，同时选择第一个恒流源；继续回升至更高值时第一个开关断开，第二个开关接通，第一串连同第二串LED以更高电流的第二个恒流源导通，以此类推，最后一串导通期间最短，但导通电流最大(最后一个恒流源)。从而构成一个凑近于电压波形(半个正弦波)的电流波形，从而获取最高的功率因数。但是也带来一系列的缺陷和疑问(见前面)。上方就是几种驳回无电解电容线性恒流源的光引擎： [page]这些都是无电解电容的线性恒流源的打算，达鑫的DS6622驳回了一个桥堆一个压敏电阻，3个电阻一个电容和两颗IC(DS6622)，一共8个元件，只占据了10%左右的面积。这种光引擎从占用面积来看，是一种可行的打算。但是它的缺陷是和一切个别的线性电源一样，依照ExClara给出的数据，当输入市电电压变动+/-10%时，其效率为84%-93%。而且还只准许市电电压变动小于20%范畴内和LED电压也必需在设计值的10%范畴内，否则效率会变得十分低下。在SU1203的规格书中给出了它的电源效率如图6所示。 由图中可以看出，在输入电压为200V时，其效率约为96%，而输入电压为245V时其效率约为80%。平均值约为88%，和220V时的效率相当。假设用190V时效率为100%(无法能！)，260V时效率为70%，那么平均值为85%。演绎起来这种无电解电容打算的缺陷和疑问如下：1.效率低下，约为88%左右。2.LED不是直流驱动，而是时通时断，所以LED应用率低，最后一串LED的高脉冲电流也会影响其寿命。3.全体发光效率要比有电解电容低15%左右。4.电流波形凑近半个正弦波，所以会有100Hz的闪动。无法用于数码相机照相和安保系统中。 电源和灯板兼并会惹起重大的散热疑问 驳回个别的线性恒流源是不是一种可行的光引擎打算呢？不是如此。只管它处置了占用空间的疑问，但是除了上方曾经提到的缺陷以外还有一个不能疏忽的缺陷，那就是散热疑问。只管不论电源放在哪里，它的热量总归是要经过散热器散到空间，但是当电源和灯板放在一同的时刻，电源所消耗的功率会变成热量而间接加到灯板上，就会参与灯板所需散去的热量，这就会增高LED的结温，降落其寿命。而且线性恒流源最大的缺陷就是效率极端低下。所以这是一个极为重大的疑问。上方举一个例子来说明这个疑问：假设一个10W的LED球泡灯，就是说其灯板上有9W的LED。或许说它须要9W的供电。驳回无电解电容打算以后它的效率为84%-93%，平均值为88.5%。也就是它在供应8.85W的功率给LED灯板时，自身要消耗11.5%的功率，也就是消耗了1.15W的功率。那么假设这个电源也装置到灯板下来，势必要参与灯板的热量，但是灯板参与了不止11.5%的热量！为什么？由于8.85W的LED并不是这8.85W所有变成了热，而是有一局部变成了光收回去。以后的LED的发光效率在30%左右。假设发光效率为40%，那么有60%的能量都变成了热量，也就是有5.4W的热量须要分收回去。如今又参与了1.15W，变成6.55W。也就是参与了21.3%的热量。只管原本的散热器也须要把这局部热量分收回去，但是如今把这局部热加到了LED灯板。由于电源是放在灯板的电路面，而电路面要传到散热器须要经过两个绝缘介质，一个是印制板的绝缘介质，另一个是铝基板和散热器之间的绝缘介质，所以电路面的温度和散热器的温度是不同的，而LED是放在铝基板的电路面的。也就是说由于电源放到了电路面就会使铝基板的电路面热量参与了21.3%，这会造成LED的结温也升高21.3%。而结温参与对寿命的影响究竟有多大呢?这可以参看Cree公司给出的结平和寿命的曲线(图7)。 这个曲线是以光衰至70%作为寿命的标记，假设原来的LED结温是85度，其70%光衰的寿命是3.1万小时。如今结温升高了21.3%，也就是升高到100度左右，它的寿命就从3.1万小时降落到1.5万小时，也就是降落了16,000小时。所以这种温升对寿命的影响是相当重大的。假设原本宣称寿命可以高达3万小时，如今实践的寿命只要1.5万小时。也就是说，这种无电解电容打算的光引擎会重大降落LED的寿命。[page] 闪动效应 100Hz的闪动效应可以在驳回数码相机照相时很显著地看进去。上方的两幅照片(图8)左边一幅是驳回无电解电容LED灯具照的。左边一幅则是驳回有电解电容LED灯具照的。 首尔光引擎的实测结果 首尔半导体公司消费了一种光引擎Acrich2，从它的电路图可以看出，它也是驳回无电解电容打算的线性电源，其形状图如图9所示，电路图如图10所示。 咱们实测了它的参数：在220V时，其输入功率为4.489W，总光通量为297.7lm，发光效率只要66.3lm/W，显色指数为83.1，功率因数为0.975。可见其光效十分低下。而且随着输入电压的增高，其效率还会进一步降落(见图11a和图11b)。 从图11a中可以看出，当输入电压从220V参与到255V时，输入功率参与1.2倍，而输入流明只参与1.1倍。也就是光效会降落1.1倍。依据Acrich2的数据表，它的电源芯片的功率耗散为1W，而输入功率为4.5W，所以它的电源效率只要78%。而且这个1W的功率加到LED铝基板上，必需会参与铝基板的热量，提高LED结温，从而降落LED的寿命！它的惟一优势是功率因数高，但是由于它的功率小于5W，无论是美国的动力之星或是中国的国度规范都不要求功率因数。所以这个优势也是多余的! 论断 目前简直市面上一切的LED光引擎都是驳回无电解电容的打算，这种打算不只存在效率低，参与灯板的热量，降落LED的寿命，而且还存在有LED应用率低下，全体光效降落15%，而且还有100Hz的频闪！由此看来要想使LED光引擎能够成为事实的关键技术必需有极高效率的恒流驱动源，有了极高效率的恒流驱动源才有或许把电源放到LED铝基板下来，现有的一切无电解电容打算都不是适宜的光引擎打算。 相关浏览：阅历分享：LED损坏要素及包全方法详解 LED驱动器设计：如何用低老本成功高功率因数 一款高精度、低老本的LED老化测试打算 可成功高效率、高调光比的LED恒流驱动电路设计 要洽购开关么，点这里了解一下多少钱! 标签： LED、 光引擎、 LED光引擎、 电解电容、

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