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一種高壓LED光引擎的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

字體變大  字體變小 發(fā)布日期:2014-05-24  瀏覽次數(shù):1649
核心提示: 光引擎將成為LED照明燈具的標(biāo)準(zhǔn)零件  目前,LED照明燈具的LED光源和驅(qū)動(dòng)電源的五花八門現(xiàn)狀或許會(huì)改變,有很大一部分的LED照
  光引擎將成為LED照明燈具的標(biāo)準(zhǔn)零件

  目前,LED照明燈具的LED光源和驅(qū)動(dòng)電源的五花八門現(xiàn)狀或許會(huì)改變,有很大一部分的LED照明燈具,其LED光源和驅(qū)動(dòng)電源會(huì)趨向標(biāo)準(zhǔn)化,將采用 國際通用的“光引擎”。

  ZHAGA聯(lián)盟旨在發(fā)展LED光引擎 (light engine) 介面接口的標(biāo)準(zhǔn),使不同廠商生產(chǎn)的產(chǎn)品可有互換性。為了配合LED技術(shù)持續(xù)且高速的發(fā)展,藉由定義 各種專用光引擎介面接口資料,ZHAGA 標(biāo)準(zhǔn)將涵蓋物理尺寸,以及LED光引擎的光學(xué)、電氣與熱性能等,進(jìn)而最終實(shí)現(xiàn) ZHAGA 聯(lián)盟內(nèi)不同制造商之間產(chǎn)品 的兼容性、互換性。

  ZHAGA 標(biāo)準(zhǔn)的建立,將有助于防止不相容光引擎的市場分化,使消費(fèi)者可以安心選擇和購買市場上具有可兼容性的LED照明燈具產(chǎn)品,同時(shí)亦能持續(xù)享受LED 照明技術(shù)所提供產(chǎn)品效能的升級(jí)。此外,ZHAGA 標(biāo)準(zhǔn)的建立也會(huì)促進(jìn) LED 照明應(yīng)用領(lǐng)域技術(shù)的創(chuàng)新,并提升社會(huì)總體經(jīng)濟(jì)效益。ZHAGA 聯(lián)盟是一個(gè)開放的組織,會(huì)員可共享其 IPR 智財(cái)權(quán),開放照明產(chǎn)業(yè)內(nèi)各公司的加入。該組 織成員包括LED光引擎和LED燈具的生產(chǎn)廠商,也包括零部件供應(yīng)商(例如散 熱片和光學(xué)零部件)。

  因此,LED 制造商、封裝廠,驅(qū)動(dòng)電源廠在 2012 年都會(huì)開發(fā)生產(chǎn)各種規(guī)格 的光引擎。“LED 光源+驅(qū)動(dòng)電源”、“HVLEDs+高壓線性恒流源”就是類似的雛 形,按球泡的空間來做就是 A19、E27 專用方案,進(jìn)入光引擎就成了標(biāo)準(zhǔn)化方案。 光引擎將成為 LED 照明燈具的標(biāo)準(zhǔn)品零件而規(guī);a(chǎn)。

  HVLEDs 2012 年將快步進(jìn)入 LED 照明燈具

  2012 年 HVLEDs 有望快步進(jìn)入 LED 照明燈具。這幾年 MOCVD 的大批引 入,使我國很快具備了 LED 照明的核“芯”技術(shù),MOCVD 的大批開工生產(chǎn), 使國產(chǎn)的 LED 光源芯片源源不斷的流向市場,LCD 電視機(jī)(TV)的背光、筆記 本電腦(NB)的背光、LED 照明燈具使用國產(chǎn)的 LED 光源將快速上升。電子產(chǎn) 品的性價(jià)比決定市場的容量,價(jià)格與市場的關(guān)系是價(jià)格每降一點(diǎn),市場將成平方 的增長,完全是呈現(xiàn)一個(gè)金字塔規(guī)律。

  高壓 LED 芯片組(HVLEDs)的高電壓、小電流,與通用的低壓 LED(LVLED) 的低電壓、大電流的工作環(huán)境相比,HVLEDs 工作時(shí)的發(fā)熱明顯降低;HVLEDs 只需要線性恒流源就能很好的工作,高壓線性恒流源無變壓器、無電解電容器, 困擾低壓 LED 的驅(qū)動(dòng)電源壽命、電解電容器的壽命問題都迎刃而解了。

  HVLEDs 的制造商正在配套高壓線性恒流源電源,他們將在 2012 年初向市 場推出“HVLEDs+高壓線性恒流源”的套件提供給下游 LED 燈具組裝生產(chǎn) LED 燈具。

  目前,HVLEDs 生產(chǎn)成本和售價(jià)可能比同樣 W 數(shù)的LVLED 貴 20%,但是隨著技術(shù)進(jìn)步和生產(chǎn)量的擴(kuò)大,成本將進(jìn)一步下降,而 LVLED 的下降空間已經(jīng) 不多了。HVLEDs 的驅(qū)動(dòng)電源的成本要比 LVLED 的開關(guān)恒流源便宜多了。兩項(xiàng) 相抵,暫時(shí)可能持平,長遠(yuǎn)而言,HVLEDs 的燈具價(jià)格將更便宜。也許 HVLEDs 的燈具將給我們一個(gè)性價(jià)比很好,而整燈價(jià)格比較接近老百姓購買力的好機(jī)會(huì), 這個(gè)市場是海量的。

  高壓 LED 模組—HV LEDs 異軍突起

  LED 家族的后起之秀高壓 LEDs(HV LEDs)異軍突起,VF 高電壓、IF 小電 流的工作條件完全顛覆了傳統(tǒng)的低壓 LED(LV LED)的 VF 低電壓、IF 大電流的 工作要求。LED 照明燈具由于采用 HV LEDs 的 SOC 模組而有可能降低發(fā)熱, 燈具結(jié)構(gòu)造型有可能更加趨向節(jié)省散熱材料、大于 270 度發(fā)光、低成本、減輕 重量方向發(fā)展。HV LEDs 雖有如上優(yōu)勢,是否會(huì)在家用照明海量市場勝出?2012 年市場可見分曉。

  HV LEDs 是在芯片生產(chǎn)時(shí)在硅片上直接做成的片上系統(tǒng)(SOC)或稱之為 模組,這是 LED 芯片制造技術(shù)上的一個(gè)革命性的進(jìn)步。一個(gè) 2 吋硅晶圓片上, 一次可生產(chǎn)上萬個(gè) LED 管芯,但是用通用的技術(shù)和工藝來生產(chǎn),各個(gè) LED 參數(shù) 的離散性很大,所以生產(chǎn)之后制造商需要逐個(gè)測參數(shù)分檔,客戶只能拿相鄰的叁 檔放在一單位(燈)里用,才能保證顯示光色的一致性。HV LEDs 在生產(chǎn)時(shí)使 用新一代的工藝和高超加工技術(shù),使同一硅晶圓片上的上萬個(gè) LED 管芯的參數(shù) 完全一致,使之可以在芯片生產(chǎn)時(shí)很方便地就近組成 SOC 的 HV LEDs,如 HV45 上有 16 個(gè) LED,它們所有的電參數(shù)完全一樣(圖 1)。這樣的 HV LEDs 使用方 便,成本可控。另有一種 COB 的 HV LED,就是用前述的通用技術(shù)生產(chǎn)的、參 數(shù)離散型較大的 LED 管芯,經(jīng)測試數(shù)據(jù)后將相同參數(shù)的配置在一起,重新組合 成一個(gè)光源體。由于需要逐個(gè)測試、配對(duì)、篩選、組合,還有不少參數(shù)分散的無 法配對(duì)組合使用,應(yīng)當(dāng)說生產(chǎn)成本會(huì)偏高。HV LEDs 芯片的剖面圖如圖 2 所示。

 

 

圖1 HV LEDs 的 SOC 結(jié)構(gòu)

 

 

圖2 HV LEDs 芯片的剖面圖

  傳統(tǒng)的 LV LED 用低壓的開關(guān)恒流源驅(qū)動(dòng)發(fā)光的方案;AC LED 用 AC LED 光源兼做整流和發(fā)光體的方案,AC LED 需有一定的余輝;HV LEDs 使用高壓 恒流源驅(qū)動(dòng) HV LEDs 發(fā)光的方案,這三種 LED 光源產(chǎn)品及其 LED 照明燈具產(chǎn) 品都將在近三五年內(nèi)盛行,共爭市場繁榮(圖 3)。世界社會(huì)將在分享它們的給 人類帶來的恩澤。

 

 

圖 3 三種 LED 光源工作原理圖

  HVLEDs 光引擎系統(tǒng)方案

  HVLEDs 光引擎系統(tǒng)方案由 HVLEDs 燈珠板、環(huán)形內(nèi)置恒流電源或外置恒 流電源、光引擎標(biāo)準(zhǔn)殼體組成(圖 4)。結(jié)構(gòu)十分簡單,做成一符合國際標(biāo)準(zhǔn)的 標(biāo)準(zhǔn)部件,任何燈具廠都可用來組裝 LED 燈具,任何人都可對(duì)故障 LED 燈具 DIY 更換修復(fù)。

  HVLEDs 光引擎實(shí)物如圖 5 所示,這是一種引擎內(nèi)圈是綁定在鋁基板上的HVLEDs 的燈珠板,其外圈是環(huán)形的電源板(圖 6)。外置電源一般做成如嵌入 式筒燈電源那樣的長方塊形狀。

 

 

  高壓恒流驅(qū)動(dòng)電源芯片

  線性驅(qū)動(dòng)芯片可能是HVLEDs恒流驅(qū)動(dòng)電源較好方案之一。EXC100是比較 理想的芯片之一,但是在中國購買的價(jià)格太貴,用來生產(chǎn)通用的光引擎成本偏高。 這幾年來,我國本土集成電路的設(shè)計(jì)水平節(jié)節(jié)提升,而且有很好的性價(jià)比和市場 競爭力,向下游廠家提供可用于生產(chǎn)的技術(shù)方案和技術(shù)支持比較到位。BP5108 就是專門為HVLEDs而設(shè)計(jì)生產(chǎn)的新的線性驅(qū)動(dòng)電源芯片。

  BP5108 是一款高精度線性恒流LED 控制芯片,主要用于驅(qū)動(dòng)由市電供電 的高電壓、低電流LED 燈串或模組。由于應(yīng)用電路不需要電解電容器和磁性元 件,LED 驅(qū)動(dòng)電源可以實(shí)現(xiàn)小體積、長壽命,并符合EMI 規(guī)定。BP5108 采用 專利的輸入電壓采樣和LED 驅(qū)動(dòng)機(jī)制,在輸入電壓變化時(shí)改變接入的LED 燈 數(shù),因此可以在整個(gè)交流周期內(nèi),增加LED 被點(diǎn)亮的時(shí)間,從而提高LED 的利 用率和總輸出流明數(shù)。為了適應(yīng)不同的LED 燈串正向壓降或者不同的市電電壓(110V,220V),燈串切換電壓可以通過外部分壓電阻靈活設(shè)置。而且當(dāng)輸入 接可控硅調(diào)光器時(shí),不需要增加額外的元器件,就可以通過改變調(diào)光器切相角度 大小來調(diào)節(jié)LED 亮度。

 
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