漫话led照明灯具技术

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1、1 漫话 LED 照明灯具技术 颜重光 高工 作为第四代的照明灯具，LED 照明灯具一经推出就成为照明市场的宠儿， 节能降碳、长寿命成为其经典的卖点。LED 高节能：节省能源无污染即为环保， 直流驱动，超低功耗（单管 0.03 瓦-1 瓦）电光功率转换接近 90%，相同照明效 果比传统光源节能 80%以上。 LED 长寿命：LED 光源被称为长寿灯，固体冷光 源，环氧树脂封装，灯体内也没有松动的部分，不存在灯丝发光易烧、热沉积、 光衰快等缺点，使用寿命可达 5 万到 10 万小时，比传统光源寿命长 10 倍以上。 LED 利环保：LED 是一种绿色光源，环保效益更佳，光谱中没有紫外线和红外 线

2、，热量低和无频闪，无辐射，而且废弃物可回收，没有污染不含汞元素，冷光 源，可以安全触摸，属于典型的绿色照明光源。 LED 照明灯具不同于传统的照明灯具，它选用光电转换效率更高的 LED 平 面光源，选用与光源匹配的专用低电压恒流源。因此 LED 照明灯具与传统照明 灯具有完全不同的结构。现代 LED 照明灯具由有机灯罩、光学透镜、LED 光源 阵列、LED 光源散热器、驱动恒流源、标准接口灯头等六部分组成。如图 1 所 示。 图 1 现代 LED 照明灯具机电结构 今天 LED 照明灯具产业链发展相当迅速，LED 照明灯具所需各种机电光学 零件、LED 光源、驱动电源的集成电路、塑料和金属模具

3、、铝材的拉伸和铸造、 表面处理等都已细分各专业公司精心设计制造。专业 LED 灯具厂的工作重点是 内外销售渠道、新产品的创新设计开发，以满足客户需要为已任、为主业，实行 以销定产的战略规划。 室内照明是 LED 照明灯具的海量市场。因此开发结构轻巧多变，LED 光源 功率在 3-30W，发光亮度相当于 15-100W 的白炽灯、荧光灯的新一代 LED 照明 灯具是全球市场的呼唤，也是当今 LED 照明灯具企业的巨大商机。 创新造型与结构设计技术创新造型与结构设计技术 LED 照明灯具的基本结构雷同，大多由上述所指六部分组合设计而成，因 此类似的产品在市场上会互相倾轧、低价竞争，唯有以造型新奇吸

4、人眼球的产品 才能独赢，创新的工业造型设计有利于企业在短时间内大批量生产。因此对于 LED 灯具生产厂商来说，具有新奇创新造型设计思维的结构设计师团队无疑是 公司的聚宝盆。从创新造型构思到完整的工业生产用结构零件图，是企业赢得新 市场的法宝之一。一种新的 LED 灯具造型构思必须得到市场的认可，才具有去光学透镜光学透镜LED 光源阵列光源阵列 LED 光源散热器光源散热器 驱动恒流源驱动恒流源有机灯罩有机灯罩标准接口灯头标准接口灯头 2 大批量生产的价值，因此 LED 灯具厂必须将创新造型构思的新产品先打样拿到 市场上寻求客户的认可，以求得客户的订单，尔后才有大批量生产机会。但是并 非所有的新

5、构思都具有大批量生产的机会，也许是十里挑一，也许是百里挑一。 东莞和宁波的慈溪、宁海对新颖造型做手模的价格已低至企业自已养 CNC 和熟练操作工的成本， 真是完整的产业链缩短了企业应对市场需求的时间和节省 了企业积压资金的风险。 LED 驱动恒流源技术驱动恒流源技术 LED 光源的基本工作原理决定它必须使用稳定的恒流源，过去一度使用的 阻容降压、线性稳压、线性稳流都是对 LED 光源性能有很大损害的。 室内 LED 照明使用的是市电，通常是 AC100V 或 AC220V，因此 LED 照明 灯具要求使用 AC85-265V 的宽电压输入。使用开关电源原理的降压模式是既节 能又经济有效的好办法

6、，将通用的市电高压降至 LED 光源适用的低压再恒流是 行之有效的电源变换技术。使用于此类开关电源的集成电路目前已经有很多种， 但是室内照明用 LED 灯具其内部的空间都很小和十分有限，这就需要使用电源 功能高度集成，而其应用电路简单、周边零件较少的新一代 LED 照明灯具专用 驱动 IC，如 PI 刚刚推出的适合设计隔离式电源方案的 LinkSwitch-PH （图 2） ， 用于 6-18W 灯具效率最高、用于 12-50W 灯具成本最低，与前一代 IC 相比可省 去周边 22 个零件，节省空间和应用成本；以及适用于 3-16W 功率、输出 350-1000mA 电流 LED 灯具用的 L

7、inkSwitch-PL， 可适合设计非隔离式电源方案 （图 3） ，也充分体现应用电路简单和低成本的新理念。因此，选择性能优越、 技术先进的电源驱动 IC，是企业赢得新市场的法宝之二。LED 照明灯具能否过 EMC、CE、UL、TUV 等认证与驱动电源电路、及所用 IC 有密切关系。 图 2 适合设计隔离式电源方案的 LinkSwitch-PH 3 PI-5837-060710 图 3 适合设计非隔离式电源方案 LinkSwitch-PL LinkSwitch-PH 和 LinkSwitch-PL 产品系列都集成了单级功率因数校正 (PFC)，可使 SSL 照明具的功率因数达到 0.9 以上

8、。LinkSwitch-PH 器件采用 了初级侧控制技术，因此可省去传统反激式设计中常用的光耦器和众多辅助元 件。非隔离式 LinkSwitch-PL 设计可进一步减少元件数量，不仅能提升系统可 靠性，还可降低物料清单 (BOM) 成本。这两种器件系列都采用单片设计总成 方案-将控制器和 MOSFET 集成到单晶片上，这样可以减少应用电路元件数量 和省去控制器与功率 MOSFET 之间的寄生元件，因此可大大简化 PCB 布局。 这些新的 LinkSwitch 产品不仅能简化反激式电源设计，还可提高其效率，并且 还能在高达 305 VAC 的输入电压下工作，因此它们可以用来开发适合于全球各 类种

9、住宅及商业室内照明应用的单电压产品和通用输入产品。期待国内本土 IC 设计公司尽早摆脱抄版、模仿的套路，希望能早日创新设计生产如 PI 这一代新 产品，使中国成为名副其实的 LED 照明灯具生产大国。 图 4 LinkSwitch-PH 的 DEMO 图 5 LinkSwitch-PL 的 DEMO 3-16W/ 350-1000mA 4 优先选用共模零配件优先选用共模零配件 现代 LED 照明灯具的有机灯罩、光学透镜、散热器、标准接口灯头等在新 产品的设计初期都可选用中国强大的 LED 照明灯具产业链配套市场产品，为降 低生产成本而优先选用共模零配件。 在客户认可的基础上可进一步设计自已公司

10、 独有而具专利的特色零配件。 LED 灯具长寿命的关键技术灯具长寿命的关键技术 LED 灯具长寿命的关键技术首先是选用上乘品牌的 LED 光源，如 CREE、 OSRAM；LED 光源的光衰与 LED 管芯的质量和生产工艺、LED 光源工作电流、 散热有关，LED 光源散热不畅将引起 LED 光源的光衰提前到来，散热一直还是 LED 照明难以突破的技术瓶颈。其次是驱动电源少用和不用铝电解电容器，因 为铝电解电容器只有 4000-12000 小时的寿命，大大影响了 LED 灯具的长寿命这 一卖点，因此选好电源的驱动 IC 成为关键的关键；铝电解电容器的寿命还与使 用环境温度有很大关系， 环境温度升高电解质的损耗加快， 环境温度每升高 6 oC， 电解电容器寿命就会减少一半。 Alec 2010-8-2 参考资料参考资料 1）LED照明驱动电源设计技术（PPT） 颜重光 201005 2）LED 灯具驱动技术发展趋势分析 颜重光 高工LED201002 3） Power Supplies for Driving LED Lamps（PPT） JPI June 2010 4）背光及照明用LED驱动IC技术市场分析 颜重光 EDN电源技术2008-3 5） 实用LED台灯方案设计思考 颜重光照明2009-10