分析:LED行业引擎“去电源化”如何引爆相关企业变革

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    几年前,集LED光源板和LED电源合二为一的“光电引擎”诞生,开创了“光电引擎”工业化和自动化生产的新时代。这种引擎是将LED光源灯珠和驱动电源芯片集成设计在一块基板(铝或陶瓷)上,这种全新方案在生产时省去了变压器、电感器和电解电容器,因此节省了昂贵的人工成本。

  一、LED照明需要驱动电源

  LED照明光源和灯具需要有驱动电源才能点亮和发光。光电引擎只是将LED灯珠和驱动电源集成设计在同一块基板上,因此所谓“去电源化”其实是一个伪命题。众所周知,LED是一个通电即发光的二极管,需要给它供给一个直流恒定电流才能无闪烁发光,所以还是需要直流恒流驱动电源的存在。目前的LED光源和灯具大多数是采用低压LED(LVLED)技术,将N个LED灯珠多并少串,组成一个低电压、大电流驱动的光源板,它的点亮需要一个独立的驱动电源模组,通常是隔离或者非隔离的开关恒流驱动电源模组,往往将它们内置在LED光和灯具的狭小空间中。由于高压LED模组(HVLEDs)技术和高压线性恒流驱动芯片的兴起,可以将LED灯珠组成多串少并的应用模式和采用无电解电容器、变压器和电感器的直流驱动电源。HVLEDsil高电压(45~280V)、小电流(10~60mA)光源板的应用方案,HVLEDs的最大优点是采用高压LED(HVLED)的均布技术和有效降低LED光源的发热温度;高压线性恒流驱动电源芯片的应用电路无需电解电容器、变压器、电感器,这样可以将高压线性恒流电源设计在光源板上,组成光电引擎,将恒流驱动电源集成在LED光源板上。高压线性恒流芯片、整流桥堆和高压LED灯珠可以通过自动贴片机贴在同一块板上,采机器自动化生产,可以大大节省人工、提高生产力。

  用同一种光电引擎可以生产不同款式的LED球泡灯、筒灯、天花灯等光源。高压线性恒流驱动电源目前的输入电压范围较窄,只能适合定电压输入,它的脉动直流输出还有寄生的工频及其倍频的残余,需要在芯片设计上作进一步改进和技术提升。

  光电引擎是LED照明灯技术未米发展方向之一,它因为去掉了LED光源和灯具中的独立驱动电源模组,而大大节省了昂贵的人工和大大提高企业生产效率,进一步降低成本,随着HVLED灯珠和高压线性恒流芯片的设计、制造技术的提高和完善,LED照明产品将得到的广泛应用和普及。

  二、光电引擎“去电源化”引爆相关企业变革

  光电引擎技术的兴起和普及,首先将LED芯片封装厂从生产单颗LED灯珠封装导入生产LED光电引擎模组,LED芯片封装厂必须进入N种产品多元化生产才能更有生机。其次,LED光源和灯具生产厂的设计和生产技术将更加简单、快捷、有效,用光电引擎组装一个LED球泡灯平均只需要10s时间。

  任何新生事物的初期都不完善,需要有一个技术改进的过程,人们对新事物也需要一个认知的过程。在LED照明产品发展的历程中必然会诞生一些尚未认知的新事物,如LED灯丝灯、LED光电引擎等,笔者非常看好技术创新的LED灯丝灯、LED光电引擎,任何新产品都会给企业家带来新的市场和新的利润增长空间,也将会给人类带来新的体验,享受科技进步的快乐!LED照明的一部分产品适合去掉独立的驱动电源模组,特别是室内照明光源和灯具。但还有不少LED照明产品是不适宜去掉外置的、独立的电源模组的,如某些户外照明光源和灯具。

  三、线性性恒流驱动技术日趋完善

  LED照明灯具的驱动点源追求高功率因素(PowerFactor,PF)和低总谐波失真(Tota1Harmonic,Distortion,THD)既是客户的希望也是电力系统的要求。能源之星(EnergyStar,是美国能源部和美国环保署共同推行的一项政府计划,旨在更好地保护生存环境、节约能源)和国际电信委会(ICE)规定LED驱动芯片必须具备高功率因素校正(PFC)功能.以确保LED灯具的转换效率和灯具寿命。

LED灯具电源引入高压线性恒流驱动新一代电源技术,无电源的开关变换,因而也就无自身的开关频率线余,纹波也将大大降低,应用电路无变压器等磁性器件和电解电容器,线性电源的PF提高、THD下降。

  高PF和低THD高压线性恒流驱动芯片因其应用电路简洁高效和应用成本低廉,将会成为室内平价LED光源和灯具驱动电源首选之一。

  高压线性恒流驱动芯片大多数是采用分段点亮的技术来驱动HVLED发光。目前分段的方法有1段、3段、4段、6段等。分段越多,电源工作效率越高,但HVLED控制线也会相应增加。如分成N段,控制线则N+1,分段过多电源效率提高并不明显吨,但应用线路略略显复杂,LED灯具设计师所不希望如此。比较适合光电一体化模块应用的是1段、3段、4段的分段驱动,1段内置一个MOS的驱动,虽然电源效率较差,但能满足蜡烛灯特小空问的需要;3段和4段驱动内置3-4个MOS是日前优选的恒流驱动方法,兼顾电源效率、PF和THD,应用方案比较简洁,应用成本较低。内置MOS特别适合一体化光电模块的应用,应用电路零件少,有利于LED的配光分布设计。

  目前高压线性恒流驱动电源输入电压范围较窄,只能适合定压输入,它的脉动直流输还有寄生工频和倍频残余,导致其制成LED照明灯后还发生频闪现象。这些问题造成业内对光引擎环境受限较多,应用范围窄的误解。高压线性恒流驱动电源芯片是一种定电压输入的驱动电源芯片,最初对输入电流的宽容度从±10%升至±20%,基本满足不少使用地区电网波动的要求;面对频闪问题,需要制定LED照明灯的频闪评估共识,比如日光灯、筒灯使用时离开受众均在50cm以上,那么在50cm以外没有频闪就认认定为合格产品。纵然如此,光电引擎还需要在电源芯片设计上作进一步和技术提升。

  高压线性驱动芯片经过几代的改进设计,现在已经从最初的模拟电电路芯片走向数模混合电路芯片,并向数字电路芯片发展,因此高压线性驱动芯片的性能日趋完;善,更加稳定。目前,数模混合的高阶分段线性恒流驱动芯片已经量产。

  另一方面,由于高导热塑料散热器、塑包铝散热器技术日趋完苔,性价比更好,铝塑散热器的成本比全金属散热器更低,绝缘性能更好,所以用光电引擎和塑包铝散热器组成的光源和灯具更加安全可靠。

  四、光电引擎技术继续创新

  光电引擎技术发展依赖HVLEDs技术和高压线性恒流驱动技术而发展,从几年前采用“多芯封装光电引擎”,发展到“环形HVCOB光电引擎”,再向“裸晶HVCOB光电引擎”发展,技术不断创新,成本不断降低,性价比更好。

  随着具备中国知识产权的“荧光晶体”材料的发明成功,“荧光晶体光电引擎”有望不久诞生。

  “荧光晶体光电引擎”是将无背镀蓝光LED灯珠直接绑定在荧光晶体的基板上,设计成C型的HVLEDs串,高压线性恒流驱动芯片和整流桥堆芯片也绑定在同一面上,由于荧光晶体接受蓝光后能激发白光,因而可无须对蓝光LED用荧光粉胶裹涂封装。因此该光电引擎的荧光晶体背面在LED点亮时可发出白光。这是LED照明技术的创新发展。

五、光电引擎促使灯具换新貌

  光电引擎技术日趋成熟促使LED灯具在设计上不断推陈出新。由于采用HV LED技术、LED灯珠均布术、高压线性恒流驱动技术和塑包铝、高导热塑料散热器技术,新一代采用光电引擎的LED照明灯具身影更加矫健、质量轻、防水、抗盐雾性能更好、无外置电源。

  高导热塑料散热器、塑包铝散热器的技术日趋完善,性价比更好,铝塑散热器的成本比全金属散热器更低,绝缘性更好。用光电引擎和塑包铝散热器组成的光源和灯具更加安全可靠。

  如室外照明灯具采用“光源+电源+光源”组合,内置双光源的光电引擎,可以灵活的用于制造各种室外灯具,如LED路灯、LED隧道灯、LED投光灯等。

  工矿灯的光电引擎采用多组“HVLED灯珠+高压线性恒流驱动电源”并用设计方案,优化灯面的光学设计,均布技术使每个HVLED得到散热空间,可以使得整灯设计优化,减轻结构质量,缩小结构体积和。采用光电引擎工矿灯优势明显,传统方法设计的LED工矿灯则比较笨重。光电引擎已经广泛应用在LED球泡灯、筒灯、天花灯灯光源,T8、T5灯管,工矿灯、路灯、隧道灯、投光灯等灯具。光电引擎正受到LED产业界欢迎。