- LED照明秘籍 抓住“三個關(guān)鍵”
- 掌握LED照明燈具散熱
- 抓住LED驅(qū)動電源
- 掌握LED光源
想做好一個LED照明產(chǎn)品最關(guān)鍵的幾個部分不能不知，就是散熱、驅(qū)動電源、光源，在此同時，散熱顯得尤為重要，散熱效果直接影響到照明產(chǎn)品的壽命質(zhì)量，而驅(qū)動電源本身的壽命及輸出電流、電壓的穩(wěn)定性對產(chǎn)品的整體壽命質(zhì)量也有很大影響，光源是整個產(chǎn)品的核心部分。下面對散熱、驅(qū)動電源、光源進(jìn)行解析說明。
一，散熱
LED照明燈具散熱的問題解答
對目前常見的白熾燈泡或是熒光燈來說，即便產(chǎn)品本身運(yùn)行可能產(chǎn)生熱能，但組件的高熱仍可以被有效隔離，使光源與電源接座不會因熱而產(chǎn)生意外的問題。但固態(tài)照明就不同，一來LED組件集中單點(diǎn)的運(yùn)行高溫，必須采取更多積極手段進(jìn)行散熱處理，同時搭配主動有效的熱處理機(jī)制，才能避免燈具發(fā)生問題。LED固態(tài)光源熱處理問題較傳統(tǒng)燈具復(fù)雜得多。
傳統(tǒng)光源或燈具多有運(yùn)行過程產(chǎn)生高熱的問題，例如鹵素?zé)襞莼虬谉霟襞荩羰前谉霟粜问剑丛谔厥馓幚淼臒羟騼?nèi)加熱鎢絲產(chǎn)生光亮。
實(shí)際上，高溫產(chǎn)生在燈絲上而非燈座，即便燈座會因燈球玻璃或是金屬受鎢絲發(fā)光的輻射熱、熱傳導(dǎo)間接產(chǎn)生高溫，但產(chǎn)生的溫度都在可接受的安全范圍，再加上非直接接觸傳導(dǎo)，安全性也相對較高。
但換成LED固態(tài)光源形式的燈具，其熱處理便可能成為新的應(yīng)用安全問題。多數(shù)人會認(rèn)為LED具高能源轉(zhuǎn)換效率、低驅(qū)動能源優(yōu)勢，自然使用安全性較高，但實(shí)際上LED固態(tài)光源為了達(dá)到日常照明的應(yīng)用目的，必須透過加大單組組件的功率去強(qiáng)化單元件的輸出流明，例如燈具廠會采取多LED組件整合形式加強(qiáng)輸出效果，且多組件同時運(yùn)行也能改善LED固態(tài)光源光型偏向點(diǎn)光源的問題，讓LED固態(tài)光源技術(shù)的燈具可產(chǎn)生如燈泡般的面光源效果。
如果要強(qiáng)化單元件的輸出流明，必須更高的電流，以使LED芯片的PN接面產(chǎn)生更多流明，但更高電流也會讓單點(diǎn)LED組件的溫度升高、更難處理，甚至為了提高燈具的光型表現(xiàn)、發(fā)光效率而采取多組件并用形式，也會使LED燈具的高溫問題加劇，讓散熱問題更難處理。
綜觀目前LED燈具市場的發(fā)展趨勢，多數(shù)LED光源的廠商大多會先以市場為主導(dǎo)，因?yàn)楦邌蝺r(jià)、高利潤，也可以借由技術(shù)差異迅速打入發(fā)展技術(shù)較前衛(wèi)的LED光源市場，例如，針對室內(nèi)裝潢、情境燈具應(yīng)用的嵌燈、壁燈、吸頂燈就成為LED光源燈具較常見的設(shè)計(jì)形式，其替換傳統(tǒng)燈具后的省電效益亦最受相關(guān)業(yè)者關(guān)注。
LED光源燈具必須重點(diǎn)處理的熱管理設(shè)計(jì)，在可能于密閉或半密死循使用的嵌燈、壁燈、吸頂燈產(chǎn)品，形成更嚴(yán)苛的挑戰(zhàn)，燈具開發(fā)商必須從材料、產(chǎn)品構(gòu)型、主/被動散熱機(jī)制、驅(qū)動芯片設(shè)計(jì)等方面投入更多資源，以避免產(chǎn)品的問題肇生。特別是LED嵌入式燈具體積小，且常采多組件整合，模塊的散熱設(shè)計(jì)難度較高。嵌入式燈具外殼采鋁擠型或散熱片設(shè)計(jì)，可發(fā)揮自體散熱作用。但這還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。
LED熱管理：NTC持續(xù)運(yùn)行溫度維持LED燈使用安全
若LED燈具沒有搭配足夠的熱管理設(shè)計(jì)，在使用過程中可能會導(dǎo)致燈具因?yàn)榻?jīng)常性高熱運(yùn)行造成壽命銳減，產(chǎn)生必須頻繁更換故障LED燈具的困擾，嚴(yán)重者甚至可能釀成意外，因運(yùn)行高溫造成線或是周邊裝潢著火燃燒！
在產(chǎn)品開發(fā)階段，可運(yùn)用智能型LED燈光控制技術(shù)，透過主動式的監(jiān)看LED燈具與整體光源模塊的溫度表現(xiàn)，簡化裝置的熱管理工作，同時當(dāng)燈具與周遭溫度上升至區(qū)段時，燈具必須降低電功率、減少LED亮度輸出，以此提升LED固態(tài)光源燈具的使用安全性。
像LED吸頂燈外殼考慮較簡單的設(shè)計(jì)形式，若燈具本身所使用的驅(qū)動器功能較聚焦于電源轉(zhuǎn)換與LED組件驅(qū)動，并未內(nèi)嵌溫控微處理器與散熱處理模塊，為避免增加產(chǎn)品原料件的成本，LED燈具可整合NTC(NegativeTemperatureCoeffient)負(fù)溫度系數(shù)ThermistorSensors電，是成本效益相對較高的安全設(shè)計(jì)方案。
所謂NTC電，其設(shè)置目的是藉由透過電子回去監(jiān)看LED的模塊燈具溫度，透過默認(rèn)溫度警示或是對應(yīng)自動處理驅(qū)動狀況，采關(guān)閉LED固態(tài)光源模塊方式，來提升LED燈具的使用安全，同時NTC電也能降低設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。
由于NTC電的溫度系數(shù)非常大，因此可以偵測得知微小的溫度變化表現(xiàn)，被廣泛應(yīng)用于需量測、控制與補(bǔ)償溫度的相關(guān)電設(shè)計(jì)中，而NTC電在LED光源模塊設(shè)計(jì)中，基本上為量測LED固態(tài)光源燈具的產(chǎn)品周邊溫度變化，至于量測狀況會隨著NTC改變的電壓現(xiàn)況，直接測得電壓和NTC電的溫度對應(yīng)關(guān)系。
當(dāng)NTC和周邊電或整個模塊溫度提升時，NTC電的電阻隨即降低，產(chǎn)品可依此相依關(guān)系進(jìn)行相關(guān)安全控制機(jī)制反饋，例如減少LED發(fā)光組件的驅(qū)動電流或是直接強(qiáng)制關(guān)閉燈具照明，在燈具溫度問題改善后自動回復(fù)照明狀態(tài)，藉此獲得燈具使用的安全性。
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二，驅(qū)動電源
LED驅(qū)動電源也是一個配套產(chǎn)品，目前市場上的電源品質(zhì)參差不齊，下面提供一些LED驅(qū)動電源的相關(guān)知識。
1、什么是LED驅(qū)動電源
LED驅(qū)動電源把電源供應(yīng)轉(zhuǎn)換為特定的電壓電流以驅(qū)動LED發(fā)光的電壓轉(zhuǎn)換器，通常情況下：LED驅(qū)動電源的輸入包括高壓工頻交流（即市電）、低壓直流、高壓直流、低壓高頻交流（如電子變壓器的輸出）等。而LED驅(qū)動電源的輸出則大多數(shù)為可隨LED正向壓降值變化而改變電壓的恒定電流源。LED電源核心元件包括開關(guān)控制器、電感器、開關(guān)元器件（MOSfet）、反饋電阻、輸入濾波器件、輸出濾波器件等等。根據(jù)不同場合要求、還要有輸入過壓保護(hù)電路、輸入欠壓保護(hù)電路，LED開路保護(hù)、過流保護(hù)等電路。
2、LED驅(qū)動電源的特點(diǎn)
（1）高可靠性
特別像LED路燈的驅(qū)動電源，裝在高空，維修不方便，維修的花費(fèi)也大。
（2） 高效率
LED是節(jié)能產(chǎn)品，驅(qū)動電源的效率要高。對于電源安裝在燈具內(nèi)的結(jié)散熱非常重要。電源的效率高，它的耗損功率小，在燈具內(nèi)發(fā)熱量就小，也就降低了燈具的溫升。對延緩LED的光衰有利。
（3）高功率因素
功率因素是電網(wǎng)對負(fù)載的要求。一般70瓦以下的用電器，沒有強(qiáng)制性指標(biāo)。雖然功率不大的單個用電器功率因素低一點(diǎn)對電網(wǎng)的影響不大，但晚上使用照明量大，同類負(fù)載太集中，會對電網(wǎng)產(chǎn)生較嚴(yán)重的污染。對于30瓦~40瓦的LED驅(qū)動電源，據(jù)說不久的將來，也許會對功率因素方面有一定的指標(biāo)要求。
（4）驅(qū)動方式
現(xiàn)在通行的有兩種：其一是一個恒壓源供多個恒流源，每個恒流源單獨(dú)給每路LED供電。這種方式，組合靈活，一路LED故障，不影響其他LED的工作，但成本會略高一點(diǎn)。另一種是直接恒流供電也就是“中科慧寶“改采用的驅(qū)動方式，LED串聯(lián)或并聯(lián)運(yùn)行。它的優(yōu)點(diǎn)是成本低一點(diǎn)，但靈活性差，還要解決某個LED故障，不影響其他LED運(yùn)行的問題。這兩種形式，在一段時間內(nèi)并存。多路恒流輸出供電方式，在成本和性能方面會較好。也許是以后的主流方向。
（5）浪涌保護(hù)
LED抗浪涌的能力是比較差的，特別是抗反向電壓能力。加強(qiáng)這方面的保護(hù)也很重要。有些LED燈裝在戶外，如LED路燈。由于電網(wǎng)負(fù)載的啟甩和雷擊的感應(yīng)，從電網(wǎng)系統(tǒng)會侵入各種浪涌，有些浪涌會導(dǎo)致LED的損壞。因此分析“中科慧寶“的驅(qū)動電源在浪涌保護(hù)方面應(yīng)該有一定的欠缺，而至于電源及燈具頻繁更換，LED驅(qū)動電源要有抑制浪涌的侵入，保護(hù)LED不被損壞的能力。
（6）保護(hù)功能
電源除了常規(guī)的保護(hù)功能外，最好在恒流輸出中增加LED溫度負(fù)反饋，防止LED溫度過高；要符合安規(guī)和電磁兼容的要求。
3、按驅(qū)動方式分類
（1）恒流式
恒流驅(qū)動電路輸出的電流是恒定的，而輸出的直流電壓卻隨著負(fù)載阻值的大小不同在一定范圍內(nèi)變化，負(fù)載阻值小，輸出電壓就低，負(fù)載阻值越大，輸出電壓也就越高；
恒流電路不怕負(fù)載短路，但嚴(yán)禁負(fù)載完全開路；
恒流驅(qū)動電路驅(qū)動LED是較為理想的，但相對而言價(jià)格較高；
應(yīng)注意所使用最大承受電流及電壓值，它限制了LED的使用數(shù)量。
（2）穩(wěn)壓式
當(dāng)穩(wěn)壓電路中的各項(xiàng)參數(shù)確定以后，輸出的電壓是固定的，而輸出的電流卻隨著負(fù)載的增減而變化；
穩(wěn)壓電路不怕負(fù)載開路，但嚴(yán)禁負(fù)載完全短路；
以穩(wěn)壓驅(qū)動電路驅(qū)動LED，每串需要加上合適的電阻方可使每串LED顯示亮度平均；
亮度會受整流而來的電壓變化影響。
4、整體恒流和逐路恒流工作方式優(yōu)缺點(diǎn)
與整體恒流相較，逐路恒流雖然缺點(diǎn)比較多，成本也比較高。但是它能真正的起到保護(hù)LED和延長LED的壽命，所以逐路恒流才是未來的趨勢。
5、LED電源的不足
LED驅(qū)動電源目前存在不足的原因：
生產(chǎn)LED照明及相關(guān)產(chǎn)品的公司的技術(shù)人員對開關(guān)電源的了解不夠，做出的電源是可以正常工作，但一些關(guān)鍵性的評估及電磁兼容的考慮不夠，還是有一定得隱患；
大部分LED電源生產(chǎn)企業(yè)都是從普通的開關(guān)電源轉(zhuǎn)型過來做LED電源，對LED的特點(diǎn)及使用認(rèn)識還不夠；
目前關(guān)于LED的標(biāo)準(zhǔn)幾乎沒有，大部分都是參考開關(guān)電源和電子整流器的標(biāo)準(zhǔn)；
現(xiàn)在大部分LED電源沒有統(tǒng)一，所以量大部分都比較小。采購量小，價(jià)格就偏高，而且元器件供應(yīng)商也不太配合；
LED電源的穩(wěn)定性：寬電壓輸入，高溫和低溫工作，過溫、過壓保護(hù)等問題都沒有一一解決；
首先是驅(qū)動電路整體壽命，尤其是關(guān)鍵器件如：電容在高溫下的壽命直接影響到電源的壽命；
是LED驅(qū)動器應(yīng)挑戰(zhàn)更高的轉(zhuǎn)換效率，尤其是在驅(qū)動大功率LED時更是如此，因?yàn)樗形醋鳛楣廨敵龅墓β识甲鳛闊崃亢纳ⅲ娫崔D(zhuǎn)換效率的過低，影響了LED節(jié)能效果的發(fā)揮；
目前在功率較小（1-5W）的應(yīng)用場合，恒流驅(qū)動電源成本所占的比重已經(jīng)接近1/3，已經(jīng)接近了光源的成本，一定程度上影響了市場推廣。
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三，LED光源
LED光源要進(jìn)入照明領(lǐng)域，性能的優(yōu)劣只是前提，成本的高低才是真正的決定因素。在半導(dǎo)體照明發(fā)展的初期，著力于追求性能是必須的;在半導(dǎo)體照明發(fā)展到一定階段，我們應(yīng)將注意力轉(zhuǎn)移到如何在保證性能的前提下大幅度降低成本。因?yàn)槲覀円龅牟恢皇切≠Y們欣賞的藝術(shù)品，而是普通大眾都能接受的大宗商品。成品的高低決定著LED作為光源對照明領(lǐng)域滲透率的高低。
商品成本的降低，一般有以下途徑：
材料降成本——在原有產(chǎn)品方案上壓供應(yīng)商的材料價(jià)、降低材料等級或選用替代材料，最直接有效，但幅度有限，且存在一定的品質(zhì)風(fēng)險(xiǎn);
技術(shù)降成本——采用新的技術(shù)路線，改變原有產(chǎn)品方案，減少用料和制造環(huán)節(jié)，幅度客觀;
效率降成本——有賴于技術(shù)、設(shè)備和管理的進(jìn)步。
要降低LED光源的成本，以上途徑都要考慮，但首要考慮的是如何因應(yīng)半導(dǎo)體照明的特點(diǎn)，打破傳統(tǒng)封裝觀念的約束，以新的技術(shù)方案來降低LED的封裝成本。
對傳統(tǒng)照明而言，一般都是采用“光源+燈具”的模式，光源的制造相對獨(dú)立于燈具。由于LED光源具有體積小、發(fā)強(qiáng)光和易于控制等的特點(diǎn)，故在應(yīng)用中一般可根據(jù)照明效果的要求做出靈活的變化和選擇。對于半導(dǎo)體照明而言，LED光源與燈具的制造沒有明顯的界限，LED光源成本的降低應(yīng)與照明系統(tǒng)的要求整體考慮。因此，LED光源的封裝方案應(yīng)根據(jù)照明系統(tǒng)的驅(qū)動電路、熱量管理、光學(xué)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等要求而做出，目的就是發(fā)展新型的LED光源封裝形式，在保證整體性能的前提下大幅度降低封裝和應(yīng)用成本。
1、芯片集成COB光源模塊個性化封裝可能成為半導(dǎo)體照明未來主流封裝形式
LED有分立和集成兩種封裝形式。LED分立器件屬于傳統(tǒng)封裝，廣泛應(yīng)用于各個相關(guān)的領(lǐng)域，經(jīng)過四十多年的發(fā)展，已形成了一系列的主流產(chǎn)品形式。芯片集成COB模塊目前屬于個性化封裝，主要為一些個案性的應(yīng)用產(chǎn)品而設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，尚未形成主流產(chǎn)品形式。
傳統(tǒng)的LED燈具做法是：LED分源分立器件→MCPCB光源模組→LED燈具，主要是由于沒有現(xiàn)成合適的核心光源組件而采取的做法，不但耗工費(fèi)時，而且成本較高。實(shí)際上，我們可以將“LED光源分立器件→MCPCB光源模組”合二為一，直接將LED芯片集成在MCPCB(或其它基板)上做成COB光源模塊，走“COB光源模塊→LED燈具”的路線，不但省工省時，而且可以節(jié)省器件封裝的成本。
與分立LED器件相比，COB光源模塊在照明應(yīng)用中可以節(jié)省LED的一次封裝成本、光引擎模組制作成本和二次配光成本。在相同功能的照明燈具系統(tǒng)中，實(shí)際測算可以降低30%左右的光源成本，這對于半導(dǎo)體照明的應(yīng)用推廣有著十分重大的意義。在性能上，通過合理的設(shè)計(jì)和微透鏡模造，COB光源模塊可以有效地避免分立光源器件組合存在的點(diǎn)光、眩光等弊端;還可以通過加入適當(dāng)?shù)募t色芯片組合，在不明顯降低光源效率和壽命的前提下，有效地提高光源的顯色性(目前已經(jīng)可以做到90以上)。在應(yīng)用上，COB光源模塊可以使照明燈具廠的安裝生產(chǎn)更簡單和方便，有效地降低了應(yīng)用成本。在生產(chǎn)上，現(xiàn)有的工藝技術(shù)和設(shè)備完全可以支持高良品率的
COB光源模塊的大規(guī)模制造。隨著LED照明市場的拓展，燈具需求量在快速增長，我們完全可以根據(jù)不同燈具應(yīng)用的需求，逐步形成系列COB光源模塊主流產(chǎn)品，以便大規(guī)模生產(chǎn)。
2、小型化貼片式LED也將是LED光源的另外一大主流產(chǎn)品
除了芯片集成的COB光源模塊有可能成為未來的半導(dǎo)體照明的主流封裝形式外，高性能、低成本、方便于大規(guī)模生產(chǎn)制造和安裝應(yīng)用的小型化貼片式LED也將是LED光源的另外一大主流產(chǎn)品。個人認(rèn)為，未來半導(dǎo)體照明的主要表現(xiàn)形式為：
平面照明——辦公場所或背光照明;
帶狀照明——裝飾照明;
燈具照明——替代傳統(tǒng)照明。
在平面照明產(chǎn)品中，芯片集成的COB光源模塊和貼片式LED的應(yīng)用將并存;在帶狀照明產(chǎn)品中，貼片式LED將獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷;在燈具照明產(chǎn)品中，芯片集成的COB光源模塊的應(yīng)用將成為主流。
總之，走向照明的LED光源將形成兩大主流形態(tài)——功能化的芯片集成COB光源模塊額小型化 LED器件，低成本將是永恒的主題。誰能率先打破傳統(tǒng)封裝的約束，開發(fā)出符合半導(dǎo)體照明需求的LED光源，誰就能占得產(chǎn)品的先機(jī);誰能夠在保證性能的前提下將成本做到極致，誰就能把握未來LED光源的市場。
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